Eine Kooperation von: KurtWatzka, HelmutSchellong

Eigentlich handelt es sich hier nicht um eine einzelne Frage, sondern um einen Fragenkomplex:

Frage1: Wie schreibe ich Funktionen, die zweidimensionale Arrays als Argumente annehmen, wenn die "Breite" zum Zeitpunkt der Übersetzung unbekannt ist?

Frage1b: Kann ein zwei- oder mehrdimensionaler Array als linearer Array aufgefasst und bearbeitet werden? Siehe /NichtlinearesFeldAlsLinearesFeld

Frage2: Nachdem Bezeichner von Arrays zu Zeigern zerfallen, was ist bei int array[NROWS][NCOLUMNS]; der Unterschied zwischen array und &array?

Frage3: Wie können sowohl statisch als auch dynamisch allozierte Arrays an die gleiche Funktion übergeben werden?

Oder, sozusagen als Metafrage hinter dem Problem: Wie werden zweidimensionale Arrays an Funktionen übergeben und warum sind Arrays eben doch keine Zeiger, wie es manchmal "zur Vereinfachung" behauptet wird?

• DclcFAQ:1.11: Wie schreibe ich Funktionen, die zweidimensionale Arrays als Argumente annehmen, wenn die "Breite" zum Zeitpunkt der Übersetzung unbekannt ist?
• DclcFAQ:1.12: Wie vereinbare ich einen Zeiger auf ein Array?
• DclcFAQ:2.15: Wie können sowohl statisch als auch dynamisch allozierte Arrays an die gleiche Funktion übergeben werden?
• Arrays, sehr ausführlicher Gesamtüberblick, http://www.schellong.com/de/c.htm#arr
• ClcFAQ:6.8: ...difference between arrays and pointers?
• ClcFAQ:6.12: ... difference between arr and &arr?
• ClcFAQ:6.16: How can I dynamically allocate a multidimensional array?
• ClcFAQ:6.19: How do I write functions which accept two-dimensional arrays when the ``width'' is not known at compile time?
• ClcFAQ:6.20: How can I use statically- and dynamically-allocated multidimensional arrays interchangeably when passing them to functions?
• ClcFAQ:6.21: Why doesn't sizeof properly report the size of an array when the array is a parameter to a function?

• Zum Thema Invarianz gegenüber statischer / dynamischer Datenstrukturen, VariableTabellenInCeeIdiomSammlung

Zu 1:

#define A2(a,b) (a2p[(a)*sz2+(b)]) void fungdion(void *vp, int const sz2) { int *a2p= vp; //... i= a2p[i1*sz2+i2]; i+= A2(10,40); return; }

Der C-Standard garantiert:

• Arrays -auch SubArrays- bestehen aus einer lückenlosen Kette von Elementen.
• Die erste Adresse hinter einem SubArray ist gleich der Adresse des ersten Elementes des gegebenenfalls nachfolgenden SubArrays.
• Die Array-Größe: sizeof(Elementtyp) * Dim1 * Dim2 ... * DimN?

Frage

Welche Standard-Abschnitte garantieren das?

Operatoren == != ... [#6] Two pointers compare equal if both are null pointers, both are pointers to the same object (including a pointer to an object and a subobject at its beginning) or function, both are pointers to one past the last element of the same array object, or one is a pointer to one past the end of one array object and the other is a pointer to the start of a different array object that happens to immediately follow the first array object in the address space.80) 80)Two objects may be adjacent in memory because they are adjacent elements of a larger array or adjacent members of a structure with no padding between them, or because the implementation chose to place them so, even though they are unrelated. If prior invalid pointer operations, such as accesses outside array bounds, produced undefined behavior, the effect of subsequent comparisons is also undefined. --hs

Ich versteh das nicht ganz :-(( . Was garantiert mir, dass ein Compiler z. B. bei einem "char array[4][7];" nicht ein Padding-Byte ans Ende jedes SubArrays legt? -- hl

Der obenstehende Text allein garantiert das bereits eindeutig und zweifelsfrei:

Zwei Pointer sind gleich, wenn der eine um eins hinter ein Array-Objekt zielt und der andere auf den Start eines anderen Array-Objektes, das sofort dem erstgenannten im Adressraum folgt. 80) 80)Zwei Objekte können im Speicher aneinanderstoßend sein, weil sie die aneinanderstoßenden Elemente eines größeren Arrays sind. An anderer Stelle sagt der Standard: Arrays bestehen aus einer ununterbrochenen Folge von Elementen. SubArrays sind Element-Objekte eines übergeordneten Arrays (Dimension).

Danke, jetzt versteh ich's auch. -- hl

• Einen definierten Zugriff auf ein Element, das ausserhalb eines Arrays liegt, auch wenn ausserhalb des Arrays Speicherplatz liegt, der wegen der obigen Garantien zum nächsten Array in einem Array von Arrays gehört. Wenn int Feld[2][2] im Programm definiert wurde, dann ist der Zugriff auf Feld[0][2] nicht durch die Sprachdefinition definiert, auch wenn direkt hinter Feld[0][1] Feld[1][0] liegen muss. -- kw

Zu 1b:

Hinter dieser Frage steckt folgender Gedanke:

TYP a[3][3]; TYP b[2][10]; void TypArrayAction(TYP *ptyp,int n) { while(n--) { TypAction(ptyp++); } } ... TypArrayAction((TYP *)a,9); TypArrayAction((TYP *)b,20);

Welche Stellen im Standard garantieren, dass es zwischen den SubArrays kein störendes Padding gibt?

Siehe oben.
SubArrays sind Array-ELEMENTE!
Aus meiner Sicht kann jeder Pointer aus einem Array wie ein malloc-Pointer verwendet werden, sofern man korrektes Alignment beachtet und innerhalb der Byte-Grenzen bleibt! --hs

Pointer-Kontext gegeben: Typ von 'array' : int (*)[NCOLUMNS] Typ von '&array' : int (*)[NROWS][NCOLUMNS] //vor C89 ERROR! Typ von 'array[x]': int *

Zu 3: siehe 1:

Sämtliche (Teil-)Ausdrücke im Zusammenhang mit array-Bezeichnern sind Pointer-Typen, nur mit Ausnahme von:

sizeof(array_bezeichner) sizeof(array_bezeichner+0) // (...) ist hingegen ein Pointer-Typ!

Volle Dereferenzierung bis hin zum Element(typ) ist hier nicht inbegriffen!

Siehe: http://www.schellong.com/de/c.htm#arr

Diese Sichtweise ist richtig, aber diese Darstellung ist eher noch verwirrender als das ungeliebte "zerfällt zu einem Zeiger auf das erste Array-Element", oder? &array_bezeichner ist eine Ausnahme, also sollte die Liste der Ausnahmen so formuliert werden, dass alle Ausnahmen darin vorkommen. -- kw

... Ausdrücke ... sind Pointer-Typen, mit Ausnahme von: &array_bezeichner: Das ist schlicht eine Falschaussage. Wieso soll '&array_bezeichner' überhaupt eine Ausnahme sein? Ausnahme wovon? Es ist ein Pointer-Typ, wie viele andere auch. --hs

Es ist eine Ausnahme von der Regel, dass ein array_bezeichner in einem Ausdruck den Typ Zeiger auf Arrayelement annimmt. Was ich kritisiere ist nicht die Aussage, dass der Typ von &array_bezeichner ein Zeigertyp ist, sondern die Überschrift. Eine nützliche Darstellung der Ausnahmen sollte so gewählt sein, dass &array_bezeichner eine Ausnahme darstellt. Dass &array_bezeichner von einem Zeigertyp ist, ist relativ unwichtig verglichen damit, dass &array_bezeichner nicht vom Typ Zeiger auf Zeiger auf Arrayelement ist. --kw

Ich denke, für den Lernenden sollte man einfach eine wirklich komplette Liste der Typen eines 2dim. Arrays aufzeigen. Das ist praxisnah.

Kurt, nach deiner letzten Äußerung in dclc schien es mir so, als wärst du der Meinung, dass eigentlich die FAQ ohnehin alles beantwortet. Möglicherweise tut sie das aber nur für denjenigen, der sich ohnehin schon sehr gut auskennt. Sollen wir diese Frage löschen, stehen lassen oder weiter verfolgen?

-- HelmutLeitner

Ich bin nicht der Ansicht, das die FAQ inhaltlich etwas offen läßt, aber die Klarheit der Formulierung ist sicher steigerbar. Weil die Formulierung aber von mir stammt und ich mir schon damals einige Mühe gegeben habe, mit der mir möglichen Klarheit zu formulieren, habe ich durchaus die Hoffnung, dass es hier gemeinsam gelingen sollte, eine Antwort zu finden, die nicht nur richtig sondern auch allgemeinverständlich und didaktisch gut ist. -- KurtWatzka

Zum ersten Lösungsvorschlag: Bei der 1. Teilfrage sind die meiner Meinung nach wesentlichen Aussagen, dass der Zugriff auf ein Element des Arrays 'von Hand' gelöst werden muss, und dass Implementation von C denkbar sind, die Arraygrenzen überprüfen, so dass die Lösung: "Behandle das Array von Arrays wie ein eindimensionales Array" nicht immer funktionieren muss. Welchen zusätzliche Beitrag die Übergabe der Anfangsaddresse als Zeiger auf void leisten soll ist mir nicht klar. (Der Typ muss in der Funktion bekannt sein, also gefällt mir "int *" als Typ des Arguments deutlich besser.) -- kw

Jedes beliebige Array kann als 1-dim Array benutzt werden. Der Standard garantiert das eindeutig und zweifelsfrei. Arraygrenzen kann man prüfen, indem man diese Infos mit übergibt - anders geht es hier nicht. Kein Compiler kann -hier- jemals diese Grenzen prüfen, denn bei Pointerübergabe mit 1-dim. geht die Array-Info verloren. void* habe ich gewählt, weil so die Fungdion universeller wird ohne Cast-Maßnahmen.

Wenn in einem Ausdruck der Bezeichner eines Arrays vorkommt, dann ist normalerweise sein Typ "Zeiger auf ein Element des Arrays" und sein Wert ein Zeiger auf das erste Element des Arrays". Diese Regel gilt aber nicht rekursiv. Das bedeutet, dass ein der Bezeichner eines Arrays von Arrays in einem Ausdruck normalerweise den Typ "Zeiger auf Array", nicht den Typ "Zeiger auf Zeiger" hat. Ausnahmen von dieser Umwandlungsregel sind die Operatoren sizeof und & --kw

int A[2][3]; i= A[1][0]; 'A[1][0]' hat hier also Pointer-Typ (welchen denn?) und soll somit keine Ausnahme sein. Das verstehe ich nicht.--hs

Es ist keine überraschende Tatsache, dass A[1][0] nicht von einem Zeigertyp ist. Der []-Operator ist so definiert, dass er äquivalent zu einer Dereferenzierung ist, und dass ein dereferenzierter Zeiger auf T vom Typ T ist, ist nicht überraschend. Insofern stellt der Operator [] oder der einstellige *-Operator keine Ausnahme von der Regel dar, welchen Typ array_bezeichner in einem Ausdruck hat. Natürlich ist es eine Ausnahme von der in der Überschrift formulierten Regel, aber ich halte diese Regel nicht für zweckdienlich zur Darstellung der Besonderheiten des Typs von array_bezeichner in einem Ausdruck. -- kw

Zur Sprache: Was mich in diesem Zusammenhang immer überrascht hat, ist dass für die Darstellung der Arrays und für die Erklärungen keine klarerer, mathematische Sprache verwendet bzw. gesucht worden ist (Standard, Bücher etc.). Die Begriffe Zeiger und Array tauchen in unterschiedlichsten Ebenen des Problems auf und bedürfen dann immer wieder erklärender Nebensätze. Ich habe das nicht komplett durchgedacht, aber ich könnte mir vorstellen, dass eine reichere Begriffswelt mit Array (1-n dim), Vektor(1-dim) und Matrix(2-n dim) der Klarheit dienen könnte. Z.B. könnte man dann Dinge sagen wie: "Jeder Array ist ein eindimensionaler Vektor von Vektorelementen. Ein Vektorelement kann aber wiederum ein Array sein, so dass mehrdimensionale Matrizen möglich sind... Der Arrayname ist vom Typ Zeiger auf Vektorelement... Wenn ein Array eine Matrix ist, dann enthalten die Vektorelemente normalerweise mehrere Arrayelemente. Bei Matrizen sind Vektorelementtyp und Arrayelementtyp unterschiedlich..." Man könnte dann auch ziemlich präzise von Dingen wie Arrayzeiger, Arrayelementzeiger, Vektorelementzeiger, Arraygröße, Arrayelementgröße, Vektorelementgröße, Vektorelementtyp o. ä. sprechen. Nur so eine Idee. -- hl

Die Sprachwahl ist meiner Ansicht nach sehr eindeutig. In der Mathematik unterscheidet man ueblicherweise nur zwischen Vektoren und Matrizen. In C bedarf es einer solchen Unterscheidung nicht, da C nunmal nur Arrays (auch Felder genannt) kennt. Ein Array ist eine Aneinanderreihung von Objekten gleichen Typs. Da ein Array selbst ein Objekt ist, gibt es eben automatisch Arrays von Arrays von... Weiter umschreibende Sprachelemente (Worte) einzuführen erscheint einerseits unnötig und andererseits noch verwirrender. -- zc