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
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
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;