c++ - 为什么变长数组不是 C++ 标准的一部分？

Question

最近几年我用 C 的次数不多。当我阅读 this question今天我遇到了一些我不熟悉的 C 语法。

显然在 C99以下语法是有效的:

void foo(int n) {
    int values[n]; //Declare a variable length array
}

这似乎是一个非常有用的功能。有没有讨论过将它添加到 C++ 标准中，如果有，为什么省略了它？

一些潜在的原因:

• 编译器供应商难以实现
• 与标准的其他部分不兼容
• 可以用其他 C++ 结构模拟功能

C++ 标准规定数组大小必须是常量表达式 (8.3.4.1)。

是的，我当然知道在玩具示例中可以使用 std::vector<int> values(m); ，但这从堆而不是堆栈分配内存。如果我想要一个像这样的多维数组:

void foo(int x, int y, int z) {
    int values[x][y][z]; // Declare a variable length array
}

vector版本变得相当笨拙:

void foo(int x, int y, int z) {
    vector< vector< vector<int> > > values( /* Really painful expression here. */);
}

切片、行和列也可能遍布整个内存。

查看 comp.std.c++ 的讨论很明显，这个问题在争论的双方都有一些非常重量级的名字是很有争议的。 std::vector 肯定不是很明显总是更好的解决方案。

Answer 1

(背景:我有一些实现 C 和 C++ 编译器的经验。)

C99 中的可变长度数组基本上是一个失误。为了支持 VLA，C99 不得不根据常识做出以下让步:

• sizeof x不再总是编译时常量；编译器有时必须生成代码来评估 sizeof -运行时的表达式。

• 允许二维 VLA ( int A[x][y] ) 需要一种新语法来声明以二维 VLA 作为参数的函数:void foo(int n, int A[][*]) .

• 在 C++ 世界中不太重要，但对于 C 的嵌入式系统程序员目标受众来说却极其重要，声明 VLA 意味着占用任意大堆栈 block 。这是一个保证堆栈溢出和崩溃。 (任何时候你声明 int A[n] ，你都在隐含地断言你有 2GB 的堆栈空间。毕竟，如果你知道“n 在这里肯定小于 1000”，那么你只需声明 int A[1000] 。替换n 的 32 位整数 1000 是承认您不知道程序的行为应该是什么。)

好的，现在让我们开始讨论 C++。在 C++ 中，我们在“类型系统”和“值系统”之间有着与 C89 一样的强烈区别……但我们已经真正开始以 C 所没有的方式依赖它。例如:

template<typename T> struct S { ... };
int A[n];
S<decltype(A)> s;  // equivalently, S<int[n]> s;

如果n不是编译时常量(即，如果 A 是可变修改类型)，那么 S 的类型到底是什么？ ？会 S的类型也仅在运行时确定？

这个怎么样:

template<typename T> bool myfunc(T& t1, T& t2) { ... };
int A1[n1], A2[n2];
myfunc(A1, A2);

编译器必须为 myfunc 的某些实例化生成代码.该代码应该是什么样的？如果我们不知道 A1 的类型，我们如何静态生成该代码？在编译时？

更糟糕的是，如果在运行时结果是 n1 != n2 怎么办？ ，所以 !std::is_same<decltype(A1), decltype(A2)>() ？在这种情况下，调用 myfunc 甚至不应该编译，因为模板类型推导应该会失败!我们怎么可能在运行时模拟这种行为？

基本上，C++ 正朝着将越来越多的决策插入编译时的方向发展:模板代码生成，constexpr功能评价等。与此同时，C99 正忙于将传统的编译时决策(例如 sizeof)插入运行时。考虑到这一点，花费任何努力尝试将 C99 样式的 VLA 集成到 C++ 中真的有意义吗？

正如所有其他回答者已经指出的那样，当您真的想表达“我不知道我有多少 RAM可能需要。” C++ 提供了一个漂亮的异常处理模型来处理不可避免的情况，即您需要的 RAM 数量大于您拥有的 RAM 数量。但希望这个答案能让您很好地理解为什么 C99 风格的 VLA 不适合 C++ — 甚至不适合 C99。 ;)

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有关该主题的更多信息，请参阅 N3810 "Alternatives for Array Extensions" , Bjarne Stroustrup 2013 年 10 月关于 VLA 的论文。 Bjarne 的 POV 与我的非常不同； N3810 更侧重于为事物寻找良好的 C++ 风格语法，并且不鼓励在 C++ 中使用原始数组，而我更侧重于对元编程和类型系统的影响。我不知道他是否认为元编程/类型系统的含义已解决、可解决或仅仅是无趣。

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一篇很好的博文是 "Legitimate Use of Variable Length Arrays" (克里斯·韦伦斯，2019-10-27)。