聊聊c语言的flexible array member | yoko blog

聊聊c语言的flexible array member

本文将flexible array member翻译为弹性数组(成员)，将介绍弹性数组的语法，好处与代价，以及扩展聊聊关于c语言操作内存灵活性方面的思考。

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struct Foo {
    int a;
    char b[]; // 有时也写成 char b[0];
};

如上面例子展示，将结构体的最后一个数据成员定义为不写长度（或长度为0）的数组即为弹性数组。

这种写法，b数据成员不占用大小，看如下代码：

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struct Foo foo;
printf("%d %d\n", sizeof(foo), sizeof(foo.a));

在我的mac电脑上使用clang-1100.0.33.12编译，打印结果为4 4，说明foo变量大小等于foo变量中a数据成员的大小。

使用如下方法为弹性数组分配内存会产生编译错误：

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foo.b = malloc(128);

编译错误信息： error: array type 'char []' is not assignable

正确的使用方式是：

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struct Foo *foo = malloc(sizeof(struct Foo) + 128);

该方式共申请了4+128字节大小的内存，该132字节内存是连续的，前4个字节分配给foo->a，后128字节可以通过foo->b访问。

好处与代价

一般来说，弹性数组用于元素个数在运行期动态决定的场景。你可能会说，为什么不直接用指针呢，就像下面这样：

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struct Foo {
    int a;
    char *b;
};

上面这种写法确实可以实现同样的功能，但是存储相同大小的数据时，两种方式存在一些区别：

第一，使用这种写法，b指针变量本身要占用内存，注意，不管你是否为b指针分配内存，即使b==NULL，变量自身都需要占用内存。在64位系统，一个指针变量是8个字节，别小看这8个字节，在内存总量比较小的场景，或结构体变量非常多的场景还是很客观的。

第二，使用弹性数组，弹性数组的内存地址和它之前的数据成员的地址是连续的。访问时内存的空间局部性也更好些。

但是话说回来，使用弹性数组并不只有好处，它也有代价。

弹性数组的方式，由于结构体中的数据成员和后面挂着的这个数据成员是通过一个malloc申请的内存，这也意味：

第一，整个结构体都要分配在堆上。

第二，当需要对数组内存进行扩容时，你需要对整块内存realloc。

弹性数组是语法糖，有威力的是c语言操作内存的自由度

其实，我们不使用弹性数组也可以达到弹性数组的效果，如下面代码：

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struct Foo {
    int a;
};

struct Foo *foo = malloc(sizeof(struct Foo) + 128);
char *b = (char *)foo + sizeof(struct Foo);

弹性数组只是一个语法糖，它在结构体最后增加一个成员变量，让我们可以使用foo->b这种方式，直接访问结构体之后的内存。事实上，你如果自己计算偏移量，也可以到达一样的效果。

这里要撇开弹性数组，聊聊闲篇。

在操作内存方面，c语言给它的使用者提供了非常高的自由度，它自身并不标记内存中存储的是什么类型的数据，使用者可以对内存地址做任意前后偏移，通过指针类型强转，解引用，可以把内存按任意类型解析，写入，读取。当然，前提是不要发生越界，并且读写一致，逻辑符合使用者的预期。

自由度越高，就越可以在更多的场景做更多的优化。但带来的代价，则是和高级语言相比，可读性差些，也容易写出bug。当然，这句话只对于同等水平的初中级程序员有效哈，高手可以无视。

最后，对语法做些补充。

第一，在我的环境，如果使用char b[]这种写法，再使用sizeof(foo.b)获取b数据成员大小，将产生编译错误：

error: invalid application of 'sizeof' to an incomplete type 'char []'

第二，弹性数组一般作为结构体的最后一个数据成员出现，如下代码会产生编译错误：

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struct Foo {
    char b[];
    int a;
};

编译错误信息： error: flexible array member 'b' with type 'char []' is not at the end of struct

本文完，作者yoko，尊重劳动人民成果，转载请注明原文出处： https://pengrl.com/p/20013/