未知大小的结构体数组中包含结构体。

Question

我一整天都在努力理解这个问题...

基本上，我有一个名为“State”的结构体，它包含一个名称，还有另一个名为“StateMachine”的结构体，它包含一个名称、一组状态和添加的总状态数：

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

typedef struct State {
  const char * name;

} State;

typedef struct StateMachine {
  const char * name;

  int total_states;
  State ** states;

} StateMachine;

StateMachine * create_state_machine(const char* name) {
  StateMachine * temp;

  temp = malloc(sizeof(struct StateMachine));

  if (temp == NULL) {
    exit(127);
  }

  temp->name = name;
  temp->total_states = 0;

  temp->states = malloc(sizeof(struct State));
  return temp;
}

void destroy_state_machine(StateMachine* state_machine) {
  free(state_machine);
}

State * add_state(StateMachine* state_machine, const char* name) {
  State * temp;

  temp = malloc(sizeof(struct State));

  if (temp == NULL) {
    exit(127);
  }

  temp->name = name;

  state_machine->states[state_machine->total_states]= temp;
  state_machine->total_states++;

  return temp;
}

int main(int argc, char **argv) {

  StateMachine * state_machine;

  State * init;
  State * foo;
  State * bar;

  state_machine = create_state_machine("My State Machine");

  init = add_state(state_machine, "Init");
  foo  = add_state(state_machine, "Foo");
  bar  = add_state(state_machine, "Bar");

  int i = 0;

  for(i; i< state_machine->total_states; i++) {
    printf("--> [%d] state: %s\n", i, state_machine->states[i]->name);
  }

}

由于某些原因（阅读的 C-fu / 多年使用 Ruby/Python/PHP），我无法表达 states 是 State（s）数组的事实。以上代码输出：

出现问题了，我不太懂如何将 states 表示为 State（s）数组。上述代码输出：

--> [0] state: ~
--> [1] state: Foo
--> [2] state: Bar

第一个添加的状态发生了什么？

如果我在第一个状态添加时使用malloc分配状态数组（例如state_machine = malloc(sizeof(temp));），那么我可以得到第一个值但无法得到第二个值。

有什么建议吗？

这是一个关于C语言的问题。我正在使用gcc 4.2.1编译示例代码。

- apann

Answer 1

看起来你在状态机中除了第一个状态之外没有为状态分配空间。

StateMachine * create_state_machine(const char* name) {
  StateMachine * temp;

  temp = malloc(sizeof(struct StateMachine));

  if (temp == NULL) {
    exit(127);
  }

  temp->name = name;
  temp->total_states = 0;

  temp->states = malloc(sizeof(struct State)); // This bit here only allocates space for 1.
  return temp;
}

你最好在状态机结构体中放一个固定大小的状态数组。如果不行，你就得重新分配内存并移动整个集合，或者分配块并跟踪当前长度，或者创建一个链接列表。

顺便说一句，init、foo和bar从未被使用。

编辑：我的建议看起来像这样：

#define MAX_STATES 128 // Pick something sensible.
typedef struct StateMachine {
  const char * name;
  int total_states;
  State *states[MAX_STATES];
} StateMachine;

- nmichaels

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如果我将其设置为NULL（因为在创建状态机时我不知道状态的大小），那么我该如何添加状态？ - apann

@apann：你不需要知道状态的大小，只需要知道指向状态的指针的大小。在StateMachine中放置一个State *数组应该可以工作，只要确保不超出它的范围。 - nmichaels

谢谢，我本来想点赞的，但我没够足够的声望值 :) - apann

保持你提问的质量，你将不会在声望上遇到麻烦。这是我见过的最好的初次提问之一。 - nmichaels

Answer 2

看起来您想在每个状态机中拥有可变数量的状态，但是您分配内存的方式不正确。在create_state_machine函数中，这一行：

temp->states = malloc(sizeof(struct State));

分配一个单独的State对象，而不是指针数组（你正在使用它的方式）。

有两种方法可以更改此内容。

1. 将states声明为State states[<some-fixed-size>];，但这样您永远不能拥有超过固定数量的状态。
2. 添加另一个成员来指示为states分配了多少存储空间，以便您可以跟踪已使用的存储量（这就是total_states被使用的方式）。

后者将看起来像这样：

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

typedef struct 
{
    const char *name;
} State;

typedef struct 
{
    const char *name;
    int total_states;
    int states_capacity;
    State *states;
} StateMachine;

StateMachine *create_state_machine(const char *name)
{
    StateMachine *temp = malloc(sizeof(StateMachine));
    memset(temp, 0, sizeof(*temp));

    temp->name = name;
    temp->states_capacity = 10;
    temp->states = malloc(sizeof(State) * temp->states_capacity);

    return temp;
}

State *add_state(StateMachine *machine, const char *name)
{
    if (machine->total_states == machine->states_capacity)
    {
        // could grow in any fashion.  here i double the size, could leave
        // half the memory wasted though.
        machine->states_capacity *= 2;

        machine->states = realloc(
            machine->states, 
            sizeof(State) * machine->states_capacity);
    }

    State *state = (machine->states + machine->total_states);
    state->name = name;

    machine->total_states++;

    return state;
}

- Node

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谢谢！我看到这个有用，但是我不能选择超过一个答案 :) - apann

Answer 3

在你的add_state函数内部：

temp = malloc(sizeof(struct StateMachine)); 

应该是

temp = malloc(sizeof(struct State));

但是，即使更改了这个，我仍然能够得到正确的输出：

--> [0] state: Init
--> [1] state: Foo
--> [2] state: Bar

也许你的代码没有问题。我正在使用gcc版本4.4.3。

- Homer6

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谢谢你发现了这个问题，我会编辑我的帖子。然而，它并没有解决问题（我得到了相同的结果）。 - apann

我想知道是否有编译器标志或其他东西，可以使其在4.2.1（Snow Leopard的默认编译器）下工作。 - apann

Answer 4

State ** states;

将创建一个状态数组的数组。

实话实说，我还没有完全阅读整个解决方案（得赶紧走），但你提到想要一个状态数组 - 你可能想做：

State* states

或者

State states[size];

这是我的建议，你可以考虑一下。但很可能不是你的问题，因为我没有完全阅读它 :p

- John Humphreys

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我也尝试过，但是当我执行state_machine->states[state_machine->total_states]= temp;时，出现了错误：赋值时类型不兼容。 - apann

Answer 5

你犯了一个概念性错误：

State ** states;

确实，您可以将状态视为指向State对象的指针数组，但您只分配了一个状态的空间。 当您执行以下操作时：

state_machine->states[state_machine->total_states]= temp;

如果total_states大于零，那么你做错了什么，因为你指向的是未分配的内存段（我想知道为什么你没有得到SEGFAULT）。要以这种方式存储动态数量的State，你需要一个链表，或者每次添加状态时调用realloc（但这不是一个好主意）。你使用不同的malloc调用分配的内存不是连续的。

- Heisenbug

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可能是由于状态非常小（每个只有1个单词），导致了段错误。如果C语言更加安全，它会检查这种情况。 - nmichaels

谢谢提供详细信息，现在我明白我做错了什么。 - apann