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C语言中柔性数组解析

简介: 在讲述柔性数组之前,我们首先介绍一下不完整类型(incomplete type)。不完整类型是这样一种类型,它缺乏足够的信息例如长度去描述一个完整的对象。
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在讲述柔性数组之前,我们首先介绍一下不完整类型(incomplete type)。不完整类型是这样一种类型,它缺乏足够的信息例如长度去描述一个完整的对象。

incomplete types ( types that describe objects but lack information needed to determine their sizes).

C与C++关于不完整类型的语义是一样的。

基本上没有什么书介绍过不完整类型,很多人初次遇到这个概念时脑袋会一片空白。事实上,我们在实际的工程设计中经常使用不完整类型,只不过不知道有这么个概念而已。前向声明就是一种常用的不完整类型。

class base;

struct test;

base和test只给出了声明,没有给出定义。不完整类型必须通过某种方式补充完整,才能使用它们进行实例化,否则只能用于定义指针或引用,大括号形式的初始化就是其中一种方式:

int a[] = { 10, 15 };

柔性数组成员(flexible array member)也叫做伸缩性数组成员,它的出现反映了C程序员对精炼代码的极致追求。这种代码结构产生于对动态结构体的需求。在日常的编程中,有时候需要在结构体中存放一个长度动态的字符串,一般的做法是,在结构体中定义一个指针成员,这个指针成员指向该字符串所在的动态内存空间中。例如:

struct testClass
{
    int a;
    double b;
    char *p;
}

成员变量p指向字符串。但是,这种方法造成字符串与结构体是分离的,不利于操作。如果把字符串与结构体直接连接在一起,不是更好吗?于是,可以把代码修改为这样:

char a[] = "Hello world.";
struct testClass *pTC = (struct testClass *)malloc( sizeof(struct testClass) + strlen(a) + 1 );
strcpy( pTC + 1, a );

这样一来,(char *)(pTC + 1)就是字符串”Hello world.”的地址了。这时候,p就成了多余的东西,可以去掉。

但是,这时又产生了另外一个问题:老是使用(char *)(pTC + 1)十分不方便。如果能够找出一种方法,既能直接引用该字符串,又不占用结构体的空间,那就完美了。符合这种条件的代码结构应该是一个非对象的符号地址,在结构体的尾部放置一个长度为0的数组是一个绝妙的解决方案。不过,C/C++标准规定不能定义长度为0的数组,因此,有些编译器就把0长度的数组成员作为自己的非标准扩展。例如:

struct testClass
{
       int a;
       double b;
       char c[0];
};

其中,c就叫柔性数组成员,如果把pTC指向的动态分配内存看作一个整体,c就是一个长度可以动态变化的结构体成员,柔性一词来源于此。c的长度为0,因此它不占用testClass的空间,同时pTC->c就是”Hello world.”的首地址,不需要再使用( char* )( pTC + 1 )这么丑陋的语法了。

鉴于这种代码结构所产生的重要作用,C99甚至把它收入了标准中:

As a special case, the last element of a structure with more than one named member may have an incomplete array type; this is called a flexible array member.

C99使用不完整类型实现柔性数组成员,标准形式是这样的:

struct testClass
{
       int a;
       double b;
       char c[];
};

c同样不占用testClass的空间,只作为一个符号地址存在,而且必须是结构体的最后一个成员。柔性数组成员不仅可以用于字符数组,还可以是元素为其它类型的数组,例如:

struct testClass
{
       int a;
       double b;
       float c[];
};

应当尽量使用标准形式,在非C99的场合,可以使用指针方法。有些人使用char a[1],这是非常不可取的,把这样的a用作柔性数组成员会发生越界行为,虽然C/C++标准并没有规定编译器应当检查越界,但也没有规定不能检查越界,为了一个小小的指针空间而牺牲移植性,是不值得的。

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