C的0长数组以及__attribute__((packed))_

一、零长数组(另一篇文章参考这里)

在标准 C 或者 C++ 中由于不支持 0 长度的数组，所以 int array[0]; 这样的定义是非法的。不过有些编译器(如GCC)的扩展功能支持 0 长度的数组。

    在 C 中，0 长度的数组的主要用途是用来作为结构体的最后一个成员，然后用它来访问此结构体对象之后的一段内存（通常是动态分配的内存）。由于其非标准性，在程序中尽量避免使用 0 长度的数组。作为替换，可以使用 C99 标准中的不完整数组来替换 0 长度的数组定义。如：

        typedef struct _X {
            int a;
            char array[]; //注意,因为是不完整数组,因此不可以计算sizeof(X),无法编译通过
        } X;

    在GNU的gcc-4.4.0的官方指南中的5.14节Arrays of Length Zero一节中，它是如此写道：

        struct line {
            int length;
            char contents[0];
        };

        //...ommit code here

struct line *thisline = (struct line *) malloc (sizeof (struct line) + this_length);
        thisline->length = this_length;

    这个用法主要用于变长Buffer，struct line的大小为4，结构体中的contents[0]不占用任何空间，甚至是一个指针的空间都不占(待会儿下面的示例代码会验证)，contents在这儿只是表示一个常量指针，这个特性是用编译器来实现的，即在使用 thisline->contents的时候，这个指针就是表示分配内存地址中的某块buffer，比如malloc (sizeof (struct line) + this_length)返回的是0x8f00a40,thisline->contents指向的位置就是(0x8f00a40 + sizeof(struct line)),而这儿sizeof(struct line)仅仅是一个int的四字节。

    对于这个用法，我们定义的结构体指针可以指向任意长度的内存buffer，这个技巧在变长buffer中使用起来相当方便。可能有朋友说，为什么不把最后的contents直接定义为一个指针呢？这儿的差别是这样的，如果定义为一个指针，它需要占用4Bytes，并且在申请好内存后必须人为赋地址才可以。如果使用这个用法，这个常量指针不占用空间，并且无需赋值。

    但是，方便并不是绝对的，在释放分配的内存的时候，由于函数free会认为*thisline 只是指向一个4字节的指针，即只会释放length的空间，而对于后面占据大头的buffer却视而不见，这个就需要人为干预；而对于后面的声明指针的方式，则可以直接用Free(thisline->contents)的方式释放掉分配的内存。(这地方说的不明白，让我理解之后，感觉此话是错误的。)

    如果将零长数组array换成指针*array来使用的话，指针必须重新分配一段内存之后才能使用，那么当想要用socket发送结构体指针的时候，并不会将指针array申请的内存发送过去，因为是不连续的，所以接受socket发送来的数据后，会发现该数据并不是自己想要的。

    ASSERT:除非必要，不要轻易使用这个功能，GNU C下可以编译通过，所以你在使用vc++，那就不用尝试了，编译都无法通过。

C语言: 验证0长数组和__attribute__((packed))

01 #include <stdio.h>
02 #include <stdlib.h>
03 #include <string.h>
04
05 #define offsetof(S,t)     (size_t)&(((S *)0)->t)    //求结构体中偏移量的宏,C++中存在此宏,C中需自己定义
06
07 struct zero_arry_t{
08 unsigned int i;
09 char arry[];
10 };
11
12 struct Test{
13 int len;
14 char content[0];
15 };
16
17 typedef struct _S1{
18 char a;
19 char b;
20 double c;
21 }S1;
22
23 typedef struct _S2{
24 char a;
25 char b;
26 double c;
27 }__attribute__((packed)) S2;    //__attribute__((packed))的作用就是告诉编译器取消结构在编译过程中的优化对齐
28
29 typedef struct _Y
30 {
31 int a;
32 int b;
33 char c;
34 char content[0];
35 } Y;
36
37
38 int main()
39 {
40 //验证0长度数组   
41 char c0 = 'a', c1 = 'b', c2='c', c3='d';
42 printf("c0=%c, c1=%c, c2=%c, c3=%c\n&c0=%p, &c1=%p, &c2=%p, &c3=%p\n", c0, c1, c2, c3, &c0, &c1, &c2, &c3);                          
43 struct Test t;
44 t.len = 0x01020304;
45 char *q = t.content;
46 printf("sizeof(t)=%u, sizeof(t.content)=%u\n", sizeof(t),sizeof(t.content));    //打印4 0, content本身不占空间
47 printf("&t=%p, &t.len=%p, t.content=%p, &t.content=%p\n", &t, &t.len, t.content, &t.content);//
48 strcpy(t.content, "123");
49 //发现 c0 c1 c2 c3的位置的内容被p->content所修改
50 printf("c0=%c, c1=%c, c2=%c, c3=%c\n&c0=%p, &c1=%p, &c2=%p, &c3=%p\n", c0, c1, c2, c3, &c0, &c1, &c2, &c3);
51
52 char buf[1024] = {0};
53 struct Test *p = (struct Test *)buf;
54     p->len = 0x01020304;
55 strcpy( p->content, "abcd");
56 printf("\np=&buf=%p, p->content=%p, p->content=%s\n", buf, p->content, p->content);
57 int k;
58 for(k=0; k<10; ++k)    //注意观察这十个位置的值
59 printf("address %p: buf[%d]=%d\n", buf+k, k, buf[k]);
60
61 //关于offsetof宏,以及 __attribute__((packed))属性
62 printf("\nsizeof(S1)=%u, offsetof(S1,c)=%u\n", sizeof(S1),offsetof(S1,c));
63 //使用__attribute__后,结构体大小和成员的偏移量都发生变化
64 printf("sizeof(S2)=%u, offsetof(S2,c)=%u\n", sizeof(S2),offsetof(S2,c));
65 //对于有padding(补齐)的结构体Y,其sizeof(Y)和offsetof(Y, content)的大小不一致,参考这个帖子
66 printf("sizeof(Y)=%u, offsetof(Y, content)=%u, offsetof(Y, c)=%u\n", sizeof(Y), offsetof(Y, content), offsetof(Y, c));
67
68 getchar();
69 return 0;
70 }

    运行结果截图如下：

二、__attribute__

    1. __attribute__ ((packed)) 的作用就是告诉编译器取消结构在编译过程中的优化对齐,按照实际占用字节数进行对齐，是GCC特有的语法。这个功能是跟操作系统没关系，跟编译器有关，gcc编译器不是紧凑模式的，我在windows下，用vc的编译器也不是紧凑的，用tc的编译器就是紧凑的。例如：

    在GCC下：struct my{ char ch; int a;} sizeof(int)=4;sizeof(my)=8;（非紧凑模式）
    在GCC下：struct my{ char ch; int a;}__attrubte__ ((packed)) sizeof(int)=4;sizeof(my)=5

    2. __attribute__关键字主要是用来在函数或数据声明中设置其属性。给函数赋给属性的主要目的在于让编译器进行优化。函数声明中的 __attribute__((noreturn))，就是告诉编译器这个函数不会返回给调用者，以便编译器在优化时去掉不必要的函数返回代码。

    GNU C的一大特色就是__attribute__机制。__attribute__可以设置函数属性（Function Attribute）、变量属性（Variable Attribute）和类型属性（Type Attribute）。

    __attribute__书写特征是：__attribute__前后都有两个下划线，并且后面会紧跟一对括弧，括弧里面是相应的__attribute__参数。

    __attribute__语法格式为：

    __attribute__ ((attribute-list))

    其位置约束：放于声明的尾部“；”之前。

    函数属性（Function Attribute）：函数属性可以帮助开发者把一些特性添加到函数声明中，从而可以使编译器在错误检查方面的功能更强大。__attribute__机制也很容易同非GNU应用程序做到兼容之功效。

    GNU CC需要使用 –Wall编译器来击活该功能，这是控制警告信息的一个很好的方式。

    packed属性：使用该属性可以使得变量或者结构体成员使用最小的对齐方式，即对变量是一字节对齐，对域（field）是位对齐。
    举例:
        /* __attribute__ ((packed)) 的位置约束是放于声明的尾部“；”之前 */
        struct str_struct{
            __u8    a;
            __u8    b;
            __u8    c;
            __u16   d;
        } __attribute__ ((packed));

        /* 当用到typedef时，要特别注意__attribute__ ((packed))放置的位置，相当于：
         * typedef struct str_stuct str;
         * 而struct str_struct 就是上面的那个结构。
        */
        typedef struct {
            __u8    a;
            __u8    b;
            __u8    c;
            __u16   d;
        } __attribute__ ((packed)) str;

        /* 在下面这个typedef结构中，__attribute__ ((packed))放在结构名str_temp之后，其作用是被忽略的，注意与结构str的区别。*/
        typedef struct {
            __u8    a;
            __u8    b;
            __u8    c;
            __u16   d;
        }str_temp __attribute__ ((packed));    //这样不起作用，还可能编译不通过