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c99之 柔性陣列成員(flexible array member)

在講述柔性陣列成員之前,首先要介紹一下不完整型別(incomplete type)。不完整型別是這樣一種型別,它缺乏足夠的資訊例如長度去描述一個完整的物件。

6.2.5 Types

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

C與C++關於不完整型別的語義是一樣的。

 前向宣告就是一種常用的不完整型別:

class base;
struct test;

base和test只給出了宣告,沒有給出定義。不完整型別必須通過某種方式補充完整,才能使用它們進行例項化,否則只能用於定義指標或引用

,因為此時例項化的是指標或引用本身,不是base或test物件。

一個未知長度的陣列也屬於不完整型別:

extern int a[];

extern不能去掉,因為陣列的長度未知,不能作為定義出現不完整型別的陣列可以通過幾種方式補充完整才能使用,大括號形式的初始化就是其中一種方式:

int a[] = { 10, 20 };

柔性陣列成員flexible array member)也叫伸縮性陣列成員,它的出現反映了C程式設計師對精煉程式碼的極致追求。這種程式碼結構產生於對動態結構體的需求。在日常的程式設計中,有時候需要在結構體中存放一個長度動態的字串,一般的做法,是在結構體中定義一個指標成員,這個指標成員指向該字串所在的動態記憶體空間,例如:

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

p指向字串。這種方法造成字串與結構體是分離的,不利於操作,如果把字串跟結構體直接連在一起,不是更好嗎?於是,可以把程式碼修改為這樣:

char a[] = “hello world”;
struct test *PntTest = ( struct test* )malloc( sizeof( struct test ) + strlen( a ) + 1 );
strcpy( PntTest + 1, a );

這樣一來,( char* )( PntTest + 1 )就是字串“hello world”的地址了(已經忽略

p)。這時候p成了多餘的東西,可以去掉。但是,又產生了另外一個問題:老是使用( char* )( PntTest + 1 )不方便。如果能夠找出一種方法,既能直接引用該字串,又不佔用結構體的空間,就完美了,符合這種條件的程式碼結構應該是一個非物件的符號地址,在結構體的尾部放置一個0長度的陣列是一個絕妙的解決方案。不過,C/C++標準規定不能定義長度為0的陣列,因此,有些編譯器就把0長度的陣列成員作為自己的非標準擴充套件,例如:

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

c就叫柔性陣列成員,如果把PntTest指向的動態分配記憶體看作一個整體,c就是一個長度可以動態變化的結構體成員,柔性一詞來源於此。c的長度為0,因此它不佔用test的空間,同時PntTest->c就是“hello world”的首地址,不需要再使用( char* )( PntTest + 1 )這麼醜陋的語法了。

鑑於這種程式碼結構所產生的重要作用,C99甚至把它收入了標準中:

6.7.2.1 Structure and union specifiers

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使用不完整型別實現柔性陣列成員標準形式是這樣的:

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

c同樣不佔用test的空間,只作為一個符號地址存在,而且必須是結構體的最後一個成員。柔性陣列成員不僅可以用於字元陣列,還可以是元素為其它型別的陣列,例如:

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

應當儘量使用標準形式,在非C99的場合,可以使用指標方法。有些人使用char a[1]這是非常不可取的,把這樣的a用作柔性陣列成員會發生越界行為,雖然C/C++標準並沒有規定編譯器應當檢查越界,但也沒有規定不能檢查越界,為了一個小小的指標空間而犧牲移植性,是不值得的。

柔性陣列到底如何使用呢?看下面例子:

typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[0];
}type_a;

有些編譯器會報錯無法編譯可以改成:

typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[];
}type_a;

這樣我們就可以定義一個可變長的結構體,用 sizeof(type_a)得到的只有 4,就是
sizeof(i)=sizeof(int)。那個 0 個元素的陣列沒有佔用空間,而後我們可以進行變長操作了。通
過如下表達式給結構體分配記憶體:
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));這樣我們為結構體指標 p 分配了一塊記憶體。用 p->item[n]就能簡單地訪問可變長元素。但是這時候我們再用 sizeof*p)測試結構體的大小,發現仍然為 4是不是很詭異?我們
不是給這個陣列分配了空間麼?
別急,先回憶一下我們前面講過的“模子” 。在定義這個結構體的時候,模子的大小就已經確定不包含柔性陣列的記憶體大小。柔性陣列只是編外人員,不佔結構體的編制。只是說
在使用柔性陣列時需要把它當作結構體的一個成員,僅此而已。再說白點,柔性陣列其實與
結構體沒什麼關係,只是“掛羊頭賣狗肉”而已,算不得結構體的正式成員。
需要說明的是:C89不支援這種東西,C99把它作為一種特例加入了標準。但是,C99
所支援的是 incomplete type,而不是 zero array,形同 int item[0];這種形式是非法的,C99支援的形式是形同 int item[];只不過有些編譯器把 int item[0];作為非標準擴充套件來支援,而且在C99釋出之前已經有了這種非標準擴充套件了,C99釋出之後,有些編譯器把兩者合而為一了。當然,上面既然用 malloc函式分配了記憶體,肯定就需要用 free函式來釋放記憶體:
free(p);
經過上面的講解,相信你已經掌握了這個看起來似乎很神祕的東西。不過實在要是沒掌握也無所謂,這個東西實在很少用。

【柔性陣列結構成員】

  C99中,結構中的最後一個元素允許是未知大小的陣列,這就叫做柔性陣列成員,但結構中的柔性陣列成員前面必須至少一個其他成員。柔性陣列成員允許結構中包含一個大小可變的陣列。sizeof返回的這種結構大小不包括柔性陣列的記憶體。包含柔性陣列成員的結構用malloc ()函式進行記憶體的動態分配,並且分配的記憶體應該大於結構的大小,以適應柔性陣列的預期大小。】

C語言版:

type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));

C++語言版:

type_a *p = (type_a*)new char[sizeof(type_a)+100*sizeof(int)];

而釋放同樣簡單:

C語言版:

free(p);

C++語言版:

delete []p;