C语言变长数组data[0]总结

C语言变长数组data[0]

1、前言

　　今天在看代码中遇到一个结构中包含char data[0]，第一次见到时感觉很奇怪，数组的长度怎么可以为零呢？于是上网搜索一下这样的用法的目的，发现在linux内核中，结构体中经常用到data[0]。这样设计的目的是让数组长度是可变的，根据需要进行分配。方便操作，节省空间。

2、data[0]结构

经常遇到的结构形状如下：

struct buffer
{
    int data_len;   //长度
    char data[0];  //起始地址
};

  在这个结构中，data是一个数组名；但该数组没有元素；该数组的真实地址紧随结构体buffer之后，而这个地址就是结构体后面数据的地址（如果给这个结构体分配的内容大于这个结构体实际大小，后面多余的部分就是这个data的内容）；这种声明方法可以巧妙的实现C语言里的数组扩展。

　　写个程序对比char data[0]，char *data, char data[]，如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>

typedef struct
{
    int data_len;
    char data[0];
}buff_st_1;

typedef struct
{
    int data_len;
    char *data;
} buff_st_2;

typedef struct
{
    int data_len;
    char data[];
} buff_st_3;

int main()
{
    printf("sizeof(buff_st_1)=%u\n", sizeof(buff_st_1));
    printf("sizeof(buff_st_2)=%u\n", sizeof(buff_st_2));
    printf("sizeof(buff_st_3)=%u\n", sizeof(buff_st_3));

    buff_st_1 buff1;
    buff_st_2 buff2;
    buff_st_3 buff3;

    printf("buff1 address:%p,buff1.data_len address:%p,buff1.data address:%p\n",
        &buff1, &(buff1.data_len), buff1.data);

    printf("buff2 address:%p,buff2.data_len address:%p,buff2.data address:%p\n",
        &buff2, &(buff2.data_len), buff2.data);

    printf("buff3 address:%p,buff3.data_len address:%p,buff3.data address:%p\n",
        &buff3, &(buff3.data_len), buff3.data);

    return 0;
}

从结果可以看出data[0]和data[]不占用空间，且地址紧跟在结构后面，而char *data作为指针，占用4个字节，地址不在结构之后。

3、实际当中的用法

     在实际程序中，数据的长度很多是未知的，这样通过变长的数组可以方便的节省空间。对指针操作，方便数据类型的转换。测试程序如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>

typedef struct
{
   int data_len;
   char data[0];
} buff_st_1;

typedef struct
{
    int data_len;
    char *data;
} buff_st_2;

typedef struct
{
   int data_len;
   char data[];
} buff_st_3;

typedef struct 
{
   uint32_t id;
   uint32_t age;
} student_st;

void print_stu(const student_st *stu)
{
    printf("id:%u,age:%u\n", stu->id, stu->age);
}

int main()
{
    student_st *stu = (student_st *)malloc(sizeof(student_st));
    stu->id = 100;
    stu->age = 23;

    student_st *tmp = NULL;

    buff_st_1 *buff1 = (buff_st_1 *)malloc(sizeof(buff_st_1) + sizeof(student_st));
    buff1->data_len = sizeof(student_st);
    memcpy(buff1->;data, stu, buff1->data_len);
    printf("buff1 address:%p, buff1->data_len address:%p, buff1->data address:%p\n",
        buff1, &(buff1->data_len), buff1->data);

    tmp = (student_st*)buff1->data;
    print_stu(tmp);

    buff_st_2 *buff2 = (buff_st_2 *)malloc(sizeof(buff_st_2));
    buff2->data_len = sizeof(student_st);
    buff2->data = (char *)malloc(buff2->data_len);
    memcpy(buff2->data, stu, buff2->data_len);
    printf("buff2 address:%p, buff2->data_len address:%p, buff2->data address:%p\n",
          buff2, &(buff2->data_len), buff2->data);

    tmp = (student_st *)buff2-&gt;data;
    print_stu(tmp);

    buff_st_3 *buff3 = (buff_st_3 *)malloc(sizeof(buff_st_3) + sizeof(student_st));
    buff3->data_len = sizeof(student_st);
    memcpy(buff3->data, stu, buff3->data_len);
    printf("buff3 address:%p, buff3->data_len address:%p, buff3->data address:%p\n",
       buff3, &(buff3->data_len), buff3->data);

    tmp = (student_st*)buff1->data;
    print_stu(tmp);

    free(buff1);

    free(buff2->data);
    free(buff2);

    free(buff3);
    free(stu);
    return 0;
}

程序执行结果如下：
  采用char *data，需要进行二次分配，操作比较麻烦，很容易造成内存泄漏。而直接采用变长的数组，只需要分配一次，然后进行取值即可以。

 

GCC 中零长数组

GCC 中允许使用零长数组，把它作为结构体的最后一个元素非常有用，下面例子出自 gcc 官方文档。

struct line {
    int length;
    char contents[0];
};
struct line thisline = (struct line ) malloc (sizeof (struct line) + this_length);

thisline->length = this_length;

从上例就可以看出，零长数组在有固定头部的可变对象上非常适用，我们可以根据对象的大小动态地去分配结构体的大小。

在 Linux 内核中也有这种应用，例如由于 PID 命名空间的存在，每个进程 PID 需要映射到所有能看到其的命名空间上，但该进程所在的命名空间在开始并不确定（但至少为 init 命名空间），需要在运行是根据 level 的值来确定，所以在该结构体后面增加了一个长度为 1 的数组（因为至少在一个init命名空间上），使得该结构体 pid 是个可变长的结构体，在运行时根据进程所处的命名空间的 level 来决定 numbers 分配多大。（注：虽然不是零长度的数组，但用法是一样的）

struct pid
{
    atomic_t count;
    unsigned int level;
    /* lists of tasks that use this pid */
    struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX];
    struct rcu_head rcu;
    struct upid numbers[1];
};