C语言返回二维数组报指针类型不兼容警告及相关原理疑问

测试代码 #

#include<stdio.h>

// 声明返回5行5列二维数组的函数
int** fivearray(){
    static int arr[5][5];
    for(short i = 0; i<25; ++i){
        **(arr+i) = i;
        printf("%d\t",**(arr+i));
    }
    return arr;
}

int main()
{
    int **array = fivearray();
    return 0;
}

请问这种定义二维数组并返回的写法是否合规？我遗漏了什么知识点？

报错信息 #

tester.c:12:12: warning: return from incompatible pointer type
[-Wincompatible-pointer-types] return arr;

补充疑问 #

我将函数声明修改为 (*fivearray())[5] 后代码可以正常运行，请问这是什么原因？二维数组的本质是不是由5个指向长度为5的整型数组的指针组成的数组？

1. 原写法不合规的核心原因 #

你的代码触发类型不兼容警告，本质是混淆了C语言中二维数组和二级指针的类型差异，这是数组指针部分的常见误区：

• 你定义的static int arr[5][5]是int[5][5]类型的二维数组，作为返回值时数组名会隐式转换为指向首元素的指针。二维数组的首元素是长度为5的一维int数组，因此转换后的指针类型为int (*)[5]（指向长度为5的int数组的指针），和你声明的返回值类型int**完全不匹配，编译器必然抛出类型不兼容警告。
• 二级指针int**的语义是指向一个int*类型的指针，二者内存逻辑完全不同：二维数组是连续的25个int内存空间，内部没有额外存储指针的区域；而int**指向的地址首先存储的是一个指针，再由该指针指向int数据。如果强行把int (*)[5]转成int**使用，相当于把数组中存储的int值当做指针地址访问，会直接触发段错误。
• 额外提一句：你循环中的**(arr+i)写法本身也有问题，arr+i的步长是sizeof(int)*5，i超过4后就会越界访问数组外的内存，属于未定义行为，想按顺序给25个元素赋值应该写成*(*arr + i)。

2. 修改函数声明后运行正常的原因 #

int (*fivearray())[5]这个声明的含义是：fivearray是一个函数，返回值为指针，该指针指向长度为5的int数组，刚好和arr隐式转换后的int (*)[5]类型完全匹配，类型检查可以正常通过，因此代码可以正常运行。

3. 二维数组本质的误区纠正 #

你的理解有误，C语言中的二维数组本质是数组的数组，不是指针数组：

• int arr[5][5]是5个连续的int[5]数组拼接而成的连续内存，整个结构中不存在任何指针变量，数组名隐式转换得到的指针是编译器计算的临时值，并没有存储在数组内存中。
• 你所说的“5个指向长度为5的整型数组的指针组成的数组”是int* arr[5]类型的指针数组，和二维数组是完全不同的两种数据结构，二者仅能通过[i][j]的下标语法实现相似的访问效果，底层内存布局完全不同。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者XxCharbonChainsxX