关于C++二维数组的返回问题

今天帮同学调试一个程序，实验里面要求需要用函数返回一个二元数组，原本十分钟可以解决的问题花掉了很多时间。

实验要求是这样的：

1、矩阵（一）
编写C++程序完成以下功能：
（1）假定矩阵大小为4×5（整型数组表示）；
（2）定义矩阵初始化函数，可以从cin中输入矩阵元素；
（3）定义矩阵输出函数，将矩阵格式化输出到cout；
（4）定义矩阵相加的函数，实现两个矩阵相加的功能,结果保存在另一个矩阵中；
（5）定义矩阵相减的函数，实现两个矩阵相减的功能,结果保存在另一个矩阵中；
（6）定义三个矩阵：A1、A2、A3；
（7）初始化A1、A2；
（8）计算并输出：A3 = A1加A2，A3 = A1减A2。

按照要求，addMatrix()、subMatrix()函数的输入为两个二维数组，同时返回一个二维数组

开始时尝试各种返回方式

int[][] addMatrix(int A1[][5], int A2[][5]))
{
    int A[4][5];
    for (int i=0;i<4;i++)
        for (int j=0;j<5;j++)
            A[i][j]=A1[i][j]+A2[i][j];
    return A;
}

编译时报错

error: expected unqualified-id before "[" token

然后尝试了下面的写法

int*[] addMatrix(int A1[][5], int A2[][5]))
{
    int A[4][5];
    for (int i=0;i<4;i++)
        for (int j=0;j<5;j++)
            A[i][j]=A1[i][j]+A2[i][j];
    return A;
}

编译时报错

error: expected initializer before "[" token

最后采用了下面一种写法

int** addMatrix(int A1[][5],int A2[][5])
{
    int A[4][5];
    for (int i=0;i<4;i++)
        for (int j=0;j<5;j++)
            A[i][j]=A1[i][j]+A2[i][j];
    return (int**)A;
}

这一下可以编译通过，然后编写了下面一段测试程序：

#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int** addMatrix(int A1[][5],int A2[][5])
{
    int A[4][5];
    for (int i=0;i<4;i++)
        for (int j=0;j<5;j++)
            A[i][j]=A1[i][j]+A2[i][j];
    return (int**)A;
}
int main()
{
    int A1[][5]={{1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5}};
    int A2[][5]={{1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5}};
    int **A=addMatrix(A1,A2);
    for (int i=0;i<4;i++)
    {
        for (int j=0;j<5;j++)
            cout<<A[i][j]<<" ";
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}

虽然可以编译通过，但是在执行到cout语句时程序就会崩溃，在用visual调试的时候发现返回的地址并不能被访问，原理暂时不清楚，后面又百度到了下面的这种写法

#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int (*addMatrix(int A1[][5],int A2[][5]))[5]
{
    int A[4][5];
    for (int i=0;i<4;i++)
        for (int j=0;j<5;j++)
        {
            A[i][j]=A1[i][j]+A2[i][j];
            printf("%d %d %d 
",A[i][j],A1[i][j],A2[i][j]);
        }
    return A;
}

int main()
{
    int A1[][5]={{1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5}};
    int A2[][5]={{1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5},
                {1,2,3,4,5}};
    int (*A)[5]=addMatrix(A1,A2);
    for (int i=0;i<4;i++)
    {
        for (int j=0;j<5;j++)
            cout<<A[i][j]<<" ";
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}

编译没有问题，运行也不会崩溃，但是结果全部是错的

通过调试可以看到，返回的数组类型为int[5]*，并不是我们需要的int*[5]。同时，通过汇编调试我们还可以看到，当程序在执行输出操作的时候，A地址所指向的数据会被改变，这不难理解，由于A地址的内存空间是我们在函数里面申请的，也就是说A数组属于局部变量，局部变量的数据存储在堆栈里面，当函数执行完毕后局部变量所占的内存就被释放掉，被释放并不意味着该地址所指向的空间的值会被清零，C++不会干这么没效率的事，释放只是告诉系统环境这一块区域可以再分配，这也就是为什么我们看到开始部分输出的数据是正确的，但是随着函数的重复调用，A地址指向的空间数据被新执行函数里面申请的局部变量所覆盖，所以得到的数据也变成了一些随机值。

综上所述，如果一定要通过函数来修改二维数组的话，可以通过参数的方式传入，或者通过结构体的形式返回，直接返回二维数组麻烦而且意义不大。