C语言中可变长度数组的理解困难

Question

我在阅读一本书时发现，在声明数组时必须给出大小，或者在运行时使用malloc从堆中分配。我用C语言编写了这个程序：

#include<stdio.h>

int main() {
  int n, i;
  scanf("%d", &n);
  int a[n];
  for (i=0; i<n; i++) {
    scanf("%d", &a[i]);
  }
  for (i=0; i<n; i++) {
    printf("%d ", a[i]);
  }
  return 0;
}

这段代码运行良好。

我的问题是，这段代码如何能够正确地工作。它不违反C语言的基本概念吗？即数组大小必须在运行时之前声明或使用malloc()进行分配。我没有做这两件事情中的任何一件，那么为什么它可以正常工作？

解决我的问题的方法是变长数组，在C99中支持。但如果我在scanf("%d,&n);之前放置语句int a[n];，那么它就停止工作了。为什么会这样呢？如果变长数组在C中得到支持，为什么会发生这种情况？

- dark_shadow

---

你的书可能讨论的是C89；你的编译器可能使用的是C99。它们是有些不同的语言（C99是C89的演变; C11是C99的演变）。其中一个区别是VLA（可变长度数组）。 - pmg

你怎么确定它确实正常工作？在这种情况下，有时它会对简单的情况起作用，但在扩展时会出现问题。很可能内部存储器已经损坏，即使在“成功”执行时-你只是幸运地避免了程序崩溃。或者正如其他人指出的那样，你可能正在使用C99。 - Platinum Azure

可变长度数组非常麻烦（特别是如果很大）。如果可以避免使用它们，尽量避免 :) - pmg

Answer 1

C99标准支持可变长度数组。这些数组的长度在运行时确定。

- Charles Salvia

---

如果这些数组的长度在运行时确定，那么它们的内存分配是如何进行的？它们是像我们在普通运行时数组中使用malloc()一样在堆上分配存储空间，还是在栈上分配？ - dark_shadow

@dark_shadow，这取决于具体的实现。堆分配可以通过在运行时简单地移动堆栈指针来避免，这就是alloca函数（一些平台提供的扩展，如Microsoft和GNU）所做的。 - Charles Salvia

Answer 2

从C99开始，你可以在块级作用域下声明变长数组。

例如：

void foo(int n)
{
    int array[n];

    // Initialize the array
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        array[i] = 42;
    }
}

- ouah

---

请问你能解释一下块级作用域的含义吗？ - dark_shadow

@dark_shadow 你只能在函数体内声明可变长度数组。 - ouah

感谢ouah的帮助。请看一下我的修改后的问题。我添加了一部分内容。能否告诉我原因？谢谢。 - dark_shadow

如果你把 int a[n] 的声明放在 scanf 之前，那么在声明 a 数组时 n 将不会被初始化。因此你可能会得到任何 n 值。 - ouah

谢谢，我明白了。我还有一个问题。这些可变长度数组是在堆栈上声明内存还是在堆上声明内存？我认为它们应该分配在堆栈上，因为它们绑定到块作用域，并且由于块作用域中的所有内容都在堆栈上，所以我认为这应该遵循这些规则。我对吗？ - dark_shadow

Answer 3

只要在使用数组之前声明并分配内存，C 就会很高兴。C 的一个“特性”是它不验证数组索引，因此程序员有责任确保所有内存访问都是有效的。

- Adam Liss

Answer 4

变长数组是在C99中添加的新特性。

“变长”意味着数组的大小是在运行时而不是编译时确定的。它并不意味着数组的大小可以在创建后更改。数组在声明时被逻辑地创建。因此，你的代码看起来像这样。

int n, i;

创建两个变量n和i。最初这些变量未初始化。

scanf("%d", &n);

将一个值读入 n 中。

int a[n];

创建一个大小为当前n值的数组"a"。

如果交换第二步和第三步，将会尝试创建一个大小由未初始化值确定的数组。这很可能不会有好结果。

C标准没有明确指定数组的存储方式，但在实践中，大多数编译器（我相信有一些例外）都会在堆栈上分配它。通常的做法是在函数前奏中将堆栈指针复制到“帧指针”中。这样就允许函数在保持自己的堆栈帧的同时动态修改堆栈指针。

可变长度数组是一个应该谨慎使用的特性。编译器通常不会在堆栈分配上插入任何形式的溢出检查。操作系统通常在堆栈后面插入一个“守卫页”来检测堆栈溢出，并且会引发错误或增加堆栈大小，但是足够大的数组很容易越过守卫页。

- plugwash