C99标准的柔性数组 (Flexible Array)

 

【什么是柔性数组(Fiexibel Array)】

柔性数组在C99中的定义是：

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.

所以可以给出一个中文定义：

在至少两个成员的结构体中，最后一个成员其类型若是不完整类型的数组类型，则该成员称为柔性数组。

典型例子：

struct s { int n; char str[]; };

注意，str后面的中括号只能为空，数组类型不局限于char。

然而GCC编译器在C99发布之前就支持str[0]作为“柔性数组”，而且str[0]可以放在任何位置。这属于GCC对C语言的语法扩展。

这个语法扩展因为实用并且受欢迎，所以C99将其作为一个特殊情况并得到了支持。下面将具体说明。

 

【柔性数组的由来和作用】

有一些应用场景（如设计数据包）需要一个结构体里面包含因时而异的字符串，没有“柔性数组”概念之前，使用的方法是：

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

int main(void)
{
    struct s { int n; char *str; };
    char string[] = "ZhangHaiba";
    struct char *ptos = malloc(sizeof (struct s) + strlen(string)+1);
    strcpy(ptos+1, string);
    //get the beginning address of str
    char *p = (char *)(ptos+1);

    printf("%s\n", p);
    return 0;
}

GCC超越当时的标准对C语法进行扩展，支持“柔性数组”，就可以使用下面的方法（移植性不好）：

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

int main(void)
{
    struct s { int n; char str[0]; };
    char string[] = "ZhangHaiba";
    struct s *ptos = malloc(sizeof (struct s) + strlen(string)+1);
    strcpy(ptos->str, string);
    //get the beginning address of str
    char *p = ptos->str;

    printf("%s\n", p);
    return 0;
}

下面是GCC关于“柔性数组”的官方介绍和对比：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Zero-Length.html

由于上述方法符合C语言的精神（代码简单精炼），因此在C99中得到了支持。所以符合C99标准而且优雅的方法应该是：

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

int main(void)
{
    struct s { int n; char str[]; };
    char string[] = "ZhangHaiba";
    struct s *ptos = malloc(sizeof (struct s) + sizeof (string));
    strcpy(ptos->str, string);
    //get the beginning address of str
    char *p = ptos->str;

    printf("%s\n", p);
    return 0;
}

 

【C99柔性数组的特点】

柔性数组作为不完整类型，即使用struct s test定义了变量test之后，sizeof (test.str)肯定是不行的。哪怕给str分配了空间也不行。

因为标准规定sizeof的操作数不可以是不完整类型（还有函数类型及位字段）。

所以sizeof (struct s)或sizeof (test)，不算上柔性数组str占的空间，也是情理之中了。（如果在GCC中，单独测试array[0]，则显示其占空间为0字节）

简而言之，柔性数组只是把符号（名字）放在结构体内（压根儿就没定义），方便使用.或->语法来操作柔性数组，其所占内存空间（定义时分配）并不算在结构体变量中。

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

int main(void)
{
    struct s { int n; char str[]; };
    char string[] = "ZhangHaiba";
    struct s *ptos = malloc(sizeof (struct s) + sizeof (string));
    strcpy(ptos->str, string);
    //get the beginning address of str
    char *p = ptos->str;

    printf("%s\n", p);

    struct s test; //test is static allocation，str didn't alloc memory
    printf("%ld %ld\n", sizeof test, sizeof *ptos); // *ptos is dynamic allocation, str has been alloc memory
    //printf("%ld\n", sizeof (test.str)); //error: invalid application of ‘sizeof’ to incomplete type ‘char[]’ 
    //printf("%ld\n", sizeof (ptos->str)); //error: invalid application of ‘sizeof’ to incomplete type ‘char[]’
    return 0;
}

 

@Author: 张海拔

@Update: 2014-2-2

@Link: http://www.cnblogs.com/zhanghaiba/p/3537561.html