摘要

本文先介绍柔性数组成员(flexible array member)的基本使用，然后介绍其内存结构。最后，补充了一些数组相关的其他概念。

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柔性数组成员

基本使用

参考: 【C语言内功修炼】柔性数组的奥秘_数组_Albert Edison_InfoQ写作社区

C99之后，可以使用 flexible array member。它大概长下面这个样子。

struct buffer {
  unsigned int len;
  char contents[]; // flexible array member
};

• flexible array member 可以认为是零长度数组实现的一个特例(下文会介绍零长度数组)。sizeof(buffer.contents)的值为0。
• flexible array member 只能作为结构体的最后一个成员。

下面我们看一个demo，来体验下 flexible array member 带来的便利。

这个demo比较简单。分配一个缓冲区，往里面写内容。这个缓冲区保有缓冲区的大小。

// demo-1.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct buffer {
  unsigned int len;
  char contents[];
};

int main(int argc, char *argv[]) {
  unsigned int buf_len = 100;

  // construct a buffer
  struct buffer *buffer =
      malloc(sizeof(struct buffer) + buf_len * (sizeof(char)));
  buffer->len = buf_len;

  snprintf(buffer->contents, buffer->len, "%s", "hello world");
  printf("%s\n", buffer->contents);

  free(buffer);
  return 0;
}

如果不使用柔性数组，下面这样，可以实现同样的功能。而且也非常简单。

//demo-2.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct buffer {
  unsigned int len;
  char *contents;
};

int main(int argc, char *argv[]) {
  unsigned int buf_len = 100;

  // construct a buffer
  struct buffer *buffer =
      malloc(sizeof(struct buffer) + buf_len * (sizeof(char)));
  buffer->contents = (char *)buffer + sizeof(struct buffer);
  buffer->len = buf_len;

  snprintf(buffer->contents, buffer->len, "%s", "hello world");
  printf("%s\n", buffer->contents);

  free(buffer);
  return 0;
}

这两者有什么区别呢？下一节我们来探究下。

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细节探究

参考：Zero Length (Using the GNU Compiler Collection (GCC))

首先，上面demo中，struct buffer的大小是不同的。我这里直接给出大小。这个大小可以通过打印或者gdb方式获取。

// 当前环境
Linux da1234cao 5.15.133.1-microsoft-standard-WSL2 x86_64 GNU/Linux

// demo-2中buffer结构体
// sizeof(struct buffer) == 16 ; sizeof(char*) == 8
struct buffer {
  unsigned int len;
  char *contents;
};

// demo-1中buffer结构体
// sizeof(struct buffer) == 4 ; sizeof(buffer.contents) == 0
struct buffer {
  unsigned int len;
  char contents[];
};

// 修改下flexible array member的类型
// sizeof(struct buffer) == 8 ; sizeof(buffer.contents) == 0
struct buffer {
  unsigned int len;
  long contents[];
};

可以看到 flexible array member 的空间大小为0。但由于尾部填充，flexible array member 可能会导致结构体的空间变大，其空间对齐方式，与 flexible array member 的类型相同。我们知道指针是可以进行加法运算的，同样，它的偏移量由 flexible array member 的类型决定。

此时，我们来绘制下包含 flexible array member 结构体的内存结构。

而上面demo-2.c中的结构体内存则是这样。

最后，我不建议将一个包含 flexible array member 的结构体，嵌套到其他结构体中，虽然这样做是允许的。如果你想这么做的话，请自行参考官方手册。我没太看懂这块。

Tips: 如果结构体中包含 flexible array member , 可以放心的将结构体进行memset操作。flexible array member 总是指向后面的位置。

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零长度数组-定长数组-变长数组

通过上一节，我们已经掌握了 flexible array member 的使用。这里补充些其他相关的基本概念。

零长度数组。

可以认为 flexible array member 是零长度数组的一种实现。 flexible array member 是在C99之后出现的。在C99之前，程序员们这样使用零长度数组。

struct line {
  int length;
  char contents[0]; // [] 中多了一个0
};

上面的代码和 flexible array member 效果相同。但是，在C99之后，请使用 flexible array member 。按照手册写代码，我不知道有没有什么原因或者好处。

定长数组。

在C99之前，数组在创建的时候，必须给定一个常量。这个数组长度在编译的时候，已经确定。

// 定长数组
char array[10];

// 下面这个也是定长数组
// 可以参考下 《C语言程序设计 -- 现代方法》8.1.2 数组初始化
// 如果给定了初始化式，可以省略掉数组的长度; 编译器利用初始化式的长度来确定数组的大小。数组仍然有固定数量的元素;
char array[] = {'a', 'b', 'c'};

变长数组。

参考： Variable Length (Using the GNU Compiler Collection (GCC))

数组长度在运行时确定。

int n = 10;
char array[n];