C语言中柔性数组解析

秒速五厘米 2022-08-20 10:11 146阅读 0赞

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。