柔性數組

ID:108615 · 發表于 2016-3-13 16:50

處理二進制協議時，過去常用的方法是，只定義協議頭，或者用char data[1]定義協議體
只定義協議頭不夠直觀，需要計算協議體地址；而data[1]需要進行類型轉換，其實也是計算協議體地址
現在發現有一種更“優雅”的方法：柔性數組，可以這樣定義：
struct protocol
{

uint32_t len;
uint32_t type;
uint16_t cmd;
byte data[];
};

在講述柔性數組成員之前，首先要介紹一下不完整類型（incomplete type）。不完整類型是這樣一種類型，它缺乏足夠的信息例如長度去描述一個完整的對象。

6.2.5 Types

incomplete types (types that describe objects but lack information needed to determine their sizes).

C與C++關于不完整類型的語義是一樣的。

基本上沒有什么書介紹過不完整類型，很多人初次遇到這個概念時腦袋會一片空白。事實上我們在實際的工程設計中經常使用不完整類型，只不過不知道有這么個概念而已。前向聲明就是一種常用的不完整類型：

class base;

struct test;

base和test只給出了聲明，沒有給出定義。不完整類型必須通過某種方式補充完整，才能使用它們進行實例化，否則只能用于定義指針或引用，因為此時實例化的是指針或引用本身，不是base或test對象。

一個未知長度的數組也屬于不完整類型：

extern int a[];

extern不能去掉，因為數組的長度未知，不能作為定義出現。不完整類型的數組可以通過幾種方式補充完整才能使用，大括號形式的初始化就是其中一種方式：

int a[] = { 10, 20 };

柔性數組成員（flexible array member）也叫伸縮性數組成員，它的出現反映了C程序員對精煉代碼的極致追求。這種代碼結構產生于對動態結構體的需求。在日常的編程中，有時候需要在結構體中存放一個長度動態的字符串，一般的做法，是在結構體中定義一個指針成員，這個指針成員指向該字符串所在的動態內存空間，例如：

struct test

{

int a;

double b;

char *p;

};

p指向字符串。這種方法造成字符串與結構體是分離的，不利于操作，如果把字符串跟結構體直接連在一起，不是更好嗎？于是，可以把代碼修改為這樣：

char a[] = “hello world”;

struct test *PntTest = ( struct test* )malloc( sizeof( struct test ) + strlen( a ) + 1 );

strcpy( PntTest + 1, a );

這樣一來，( char* )( PntTest + 1 )就是字符串“hello world”的地址了。這時候p成了多余的東西，可以去掉。但是，又產生了另外一個問題：老是使用( char* )( PntTest + 1 )不方便。如果能夠找出一種方法，既能直接引用該字符串，又不占用結構體的空間，就完美了，符合這種條件的代碼結構應該是一個非對象的符號地址，在結構體的尾部放置一個0長度的數組是一個絕妙的解決方案。不過，C/C++標準規定不能定義長度為0的數組，因此，有些編譯器就把0長度的數組成員作為自己的非標準擴展，例如：

struct test

{

int a;

double b;

char c[0];

};

c就叫柔性數組成員，如果把PntTest指向的動態分配內存看作一個整體，c就是一個長度可以動態變化的結構體成員，柔性一詞來源于此。c的長度為0，因此它不占用test的空間，同時PntTest->c就是“hello world”的首地址，不需要再使用( char* )( PntTest + 1 )這么丑陋的語法了。

鑒于這種代碼結構所產生的重要作用，C99甚至把它收入了標準中：

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.

C99使用不完整類型實現柔性數組成員，標準形式是這樣的：

struct test
{

int a;

double b;

char c[];

};

c同樣不占用test的空間，只作為一個符號地址存在，而且必須是結構體的最后一個成員。柔性數組成員不僅可以用于字符數組，還可以是元素為其它類型的數組，例如：

struct test

{

int a;
double b;

float c[];
};

應當盡量使用標準形式，在非C99的場合，可以使用指針方法。有些人使用char a[1]，這是非常不可取的，把這樣的a用作柔性數組成員會發生越界行為，雖然C/C++標準并沒有規定編譯器應當檢查越界，但也沒有規定不能檢查越界，為了一個小小的指針空間而犧牲移植性，是不值得的。