1. 什么是零长度数组？
零长度数组就是长度为0的数组。ANSI C 标准规定，数组的长度必须是一个常数，即数组的长度在编译时侯是确认的。
在 ANSI C 中定义一个数组方法如下：
int a[10];
C99 标准规定：可以定义一个变长数组。
int len; int a[len];
也就是说数组在编译时是未确定的，在程序运行时才确定，甚至可以由用户指定大小。
#include <stdio.h> int main() { int len; printf("input array len:"); scanf("%d", &len); int a[len]; for (int i = 0; i < len; i++) { printf("a[%d] = ", i); scanf("%d", &a[i]); } printf("array print:\n"); for (int i = 0; i < len; i++) { printf("a[%d] = %d\n", i, a[i]); } return 0; }
GNU C 可能觉得变长数组还不过瘾，又扩展支持【零长度数组】。
零长度数组定义如下：
int a[0];
零长度数组有一个奇特的地方，就是它不占用内存存储空间。我们使用 sizeof 关键字查看零长度数组的大小，会发现其长度为0。
零长度数组一般单独使用的机会很少，它常常作为结构体的一个成员，构成一个【变长结构体】
#include <stdio.h> struct buffer { int len; int a[0]; }; int main() { printf("%d\n",sizeof(struct buffer)); return 0; }
零长度数组在结构体中同样不占用存储空间。
2. 使用示例
零长度数组经常以变长结构体的形式，在某些特殊的应用场合使用。在一个变长结构体中，零长度数组不占用结构体的存储空间，但是我们可以通过使用结构体的成员 a 去访问内存，非常方便。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> struct buffer { int len; int a[0]; }; int main() { struct buffer *buf = NULL; buf = (struct buffer *)malloc(sizeof(struct buffer) + 20); if (!buf) { printf("ERROR(%s): malloc buf error!\n", __func__); return -1; } printf("%d\n",sizeof(struct buffer)); buf->len = 20; strcpy(buf->a, "hello world!\n"); puts(buf->a); free(buf); return 0; }
在这个程序中，我们使用malloc 申请一片内存，大小为 sizeof(buffer) + 20, 即24 字节。其中4字节用来表示内存的长度，剩下的20字节才是我们真正可以使用的内存空间。我们可以通过结构体成员a 来直接访问这边内存。
3. 内核中的零长度数组
零长度数组在内核中一般以变长结构的形式出现。在 USB 驱动中，有一个东西叫做URB，其全称为 USB Request Block, 即 US 数据包B
struct urb { /* private: usb core and host controller only fields in the urb */ struct kref kref; /* reference count of the URB */ void *hcpriv; /* private data for host controller */ atomic_t use_count; /* concurrent submissions counter */ atomic_t reject; /* submissions will fail */ int unlinked; /* unlink error code */ /* public: documented fields in the urb that can be used by drivers */ struct list_head urb_list; /* list head for use by the urb's * current owner */ struct list_head anchor_list; /* the URB may be anchored */ struct usb_anchor *anchor; struct usb_device *dev; /* (in) pointer to associated device */ struct usb_host_endpoint *ep; /* (internal) pointer to endpoint */ unsigned int pipe; /* (in) pipe information */ unsigned int stream_id; /* (in) stream ID */ int status; /* (return) non-ISO status */ unsigned int transfer_flags; /* (in) URB_SHORT_NOT_OK | ...*/ void *transfer_buffer; /* (in) associated data buffer */ dma_addr_t transfer_dma; /* (in) dma addr for transfer_buffer */ struct scatterlist *sg; /* (in) scatter gather buffer list */ int num_mapped_sgs; /* (internal) mapped sg entries */ int num_sgs; /* (in) number of entries in the sg list */ u32 transfer_buffer_length; /* (in) data buffer length */ u32 actual_length; /* (return) actual transfer length */ unsigned char *setup_packet; /* (in) setup packet (control only) */ dma_addr_t setup_dma; /* (in) dma addr for setup_packet */ int start_frame; /* (modify) start frame (ISO) */ int number_of_packets; /* (in) number of ISO packets */ int interval; /* (modify) transfer interval * (INT/ISO) */ int error_count; /* (return) number of ISO errors */ void *context; /* (in) context for completion */ usb_complete_t complete; /* (in) completion routine */ struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];/* (in) ISO ONLY */ };
我们看最后一个成员：
struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];
在URB结构体最后定义了一个零长度数组，主要用于USB的同步传输。USB 摄像头对视频或图像的传输实时性要求比较高，对数据的丢帧不是很在意，所以USB 摄像头采用的是USB同步传输模式。
USB 摄像头一般会支持多种分辨率，不同的分辨率视频传输，一帧图像的数据大小是不一样的，对于USB 传输的数据包大小和个数需求也不一样。那么USB 到底该如何设计，才能在不影响 USB 其他传输模式的前提下，适配不同大小的数组传输需求呢？
答案就在这个结构体内的零长度数组上。当用户设置不同分辨率的视频格式时，USB 就使用不同大小和个数的数据包来传输一帧视频数据。通过零长度数组构成这个变长结构体可以满足这个需求。USB 驱动可以根据一帧图像数据大小，灵活的申请内存空间，以满足不同大小的数据传输。
而且这个零长度数组不占用结构体的存储空间。当USB 使用其他模式传输时，不受任何影响，完全可以当这个零长度数组不存在
4. 指针与零长度数组
我们来思考一个问题：为什么不使用指针来代替零长度数组？
在各种场合，我们可能经常会看到：数组名在作为函数参数进行传递时，就相当于一个指针。
注意，数组名作为参数传递时，传递的确实是一个地址，但是数组名绝不是指针。数组名用来表征一块连续内存空间的地址，而指针是一个变量，编译器要给它单独分配一个空间，用来存放它指向的变量的地址。
struct buffer1 { int len; int a[0]; }; struct buffer2 { int len; int *a; }; int main(void) { printf("buffer1: %d\n", sizeof(struct buffer1)); printf("buffer2: %d\n", sizeof(struct buffer2)); }
输出结果：
buffer1: 4 buffer2: 8
我们在看另一个程序,定义一个普通数组、零长度数组和一个指针变量。
int array1[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9}; int array2[0]; int *p = array1[5]; int main() { return 0; }
MIPS 下编译与反汇编：
mips-linux-gnu-gcc -m32 gnu2.c mips-linux-gnu-objdump -D a.out > a.dump
从反汇编生成的汇编代码中，我们找到array1 和指针变量p的汇编代码：
004107c0 <array1>: 4107c0: 00000001 movf zero,zero,$fcc0 4107c4: 00000002 srl zero,zero,0x0 4107c8: 00000003 sra zero,zero,0x0 4107cc: 00000004 sllv zero,zero,zero 4107d0: 00000005 lsa zero,zero,zero,0x1 4107d4: 00000006 srlv zero,zero,zero 4107d8: 00000007 srav zero,zero,zero 4107dc: 00000008 jr zero 4107e0: 00000009 jalr zero,zero 4107e4: 00000000 nop 004107e8 <p>: 4107e8: 004107d4 0x4107d4 4107ec: 00000000 nop Disassembly of section .rld_map:
其中，对于长度为10的数组array1[10],编译器给它分配了从0x4107c0~0x4107e4共40字节的存储空间，但是并没有给数组名array1单独分配存储空间，数组名array1 仅仅表示这40个连续空间的首地址，即array1[0]的地址。
对于指针变量，编译器给它分配了0x4107e8 这个存储空间，在这个存储空间上存储的是数组元素array1[5]的地址：0x4107d4。
对于array[2]这个零长度数组，编译器并没有给它分配存储空间，此时的array2仅仅是一个符号。
我们可以通过readelf（readelf -s） 查看a.out的符号表，来找到array2的地址。
从符号表可以看到，array2 的地址为0x0041081c，在 bss 段 后面。array2符号表示的默认地址是一片未使用的内存空间，仅此而已，编译器并不会单独为其分配空间。
至此大家应该知道了，数组名和指针并不是一回事儿，至于内核中为何不使用指针代替零长度数组，我想大家应该也明晰了。
5. 总结
本文主要介绍GNU C 扩展语法，零长度数组的使用，通过Linux 内核中的设计来体会零长度数组设计的妙处。
同时通过，反汇编来分析指针、零长度数组、以及数组名之间的关系。
