零长度数组

Question

我正在重构一些旧代码，发现其中有一些包含零长度数组的结构体（如下所示）。当然，可以通过#pragma指令抑制警告，但我尝试创建包含这种结构的“新”结构却失败了（错误2233）。数组'byData'被用作指针，为什么不使用指针呢？或者长度为1的数组？当然，在过程中没有添加任何注释让我感到困扰...

有什么原因要使用这样的东西吗？在重构时有什么建议吗？

struct someData
{
   int nData;
   BYTE byData[0];
}

注意：这是 C++ 语言编写的，运行在 Windows XP 操作系统上，使用的是 VS 2003 开发环境。

- bgee

---

这是“结构体技巧”，在comp.lang.c FAQ的问题2.6中有描述。丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）称其为“与C实现没有必要的亲密关系”。 C99引入了一种新的语言特性，“灵活数组成员”，以替代结构体技巧。即使是以缺乏C99支持而著称的微软编译器也支持灵活数组成员。 - Keith Thompson

Answer 1

这是一个 C 语言的技巧。
要创建任意长度的数组：

struct someData* mallocSomeData(int size)
{
    struct someData*  result = (struct someData*)malloc(sizeof(struct someData) + size * sizeof(BYTE));
    if (result)
    {    result->nData = size;
    }
    return result;
}

现在你有一个名为someData的对象，其包含了一个指定长度的数组。

- Martin York

---

这个关于C++的问题，难道不应该至少使用new[]吗？ - unwind

@unwind：无法使用new进行此操作。整个重点是这是一种C-Hack，而在C++中不需要（因为我们有更好的方法来完成它）。此外，我相当确定在C++中零长度数组是非法的（至少在C++03中是如此，不确定是否在C++11中更新）。 - Martin York

这个的流行术语是“结构体黑客”。 - Krishna Oza

除非在一般情况下，你的计算是错误的。根据数组中对象的类型，编译器需要强制执行某些对齐规则，而仅仅将成员的大小相加可能无法产生正确的大小。相反，使用offsetof宏来让编译器计算出正确的结果。（注意：对于BYTE，假设这些被定义为某种char变体，则不是问题。） - IInspectable

Answer 2

很不幸，有几个原因会导致你在结构的末尾声明零长度数组。这基本上使您能够从API返回可变长度结构。

Raymond Chen在该主题上撰写了一篇出色的博客文章。我建议您查看此帖子，因为它很可能包含您想要的答案。

请注意，在他的帖子中，处理大小为1的数组而不是0。 他的帖子仍然适用于您的问题。

http://blogs.msdn.com/oldnewthing/archive/2004/08/26/220873.aspx

编辑

注意：即使雷蒙德的帖子说0长度数组在C99中是合法的，但它们实际上仍然不合法。 在这里，您应该使用长度为1的数组。

- JaredPar

---

这是因为零长度数组是标准的较新条目。 是指哪些标准呢？C++11仍然不允许使用0长度数组（§8.3.4/1），同样，C99也不允许（§6.7.5.2/1）。 - ildjarn

@ildjarn，我本质上是在复述 Raymond 在他的博客文章末尾所说的话。直到最近在另一个问题的评论讨论中与您交流之前，我并不知道在 C99 中仍然禁止使用长度为 0 的数组。我会更新答案。 - JaredPar

抱歉挑剔这么老的答案。:-P 我只是问一下，因为另一个问题链接到这里作为“证明”，0长度数组是合法的C++。:-] - ildjarn

@ildjarn 在挑剔旧答案时非常注重细节。当然不希望胡乱说出错误的数据 :) - JaredPar

你能找到任何关于使用0长度或[]数组对内存对齐的影响的参考资料吗？在一个项目中，一位同事发现最安全的用法是int arr[]（因为int可以保护免受任何对齐问题的影响），但由于我们需要返回该数组，所以在我们的情况下最好的选择是void *arr[]，这相当加密。 - Spidey

这是 wayback 存档的博客链接，以防有需要的人（原始页面已经无法访问）。 - iamkroot

Answer 3

这是一种旧的 C 语言技巧，用于实现灵活大小的数组。

在 C99 标准中不再需要使用此技巧，因为它支持 arr[] 语法。

- arul

---

遗憾的是，当涉及到C99支持时，Visual Studio非常欠缺。 :( - Alex B

不考虑你评论的普遍真实性，...MS VC v9编译器支持arr[]语法。 - Cheeso

Answer 4

你对于“为什么不使用大小为1的数组”的直觉是正确的。

这段代码实现了“C结构体黑科技”，但是声明长度为0的数组是一种约束违规。这意味着编译器可以在编译时拒绝你的黑科技，并输出一个停止翻译的诊断消息。

如果我们想要进行黑科技，就必须从编译器中逃脱。

实现“C结构体黑科技”的正确方式（与向后兼容至1989年的ANSI C方言以及可能更早的C方言）是使用一个大小正好为1的完全有效的数组：

struct someData
{
   int nData;
   unsigned char byData[1];
}

此外，不再使用 sizeof struct someData 来计算 byData 前面部分的大小，而是使用以下代码来计算：

offsetof(struct someData, byData);

为了在byData中为42字节的struct someData分配空间，我们需要使用以下代码：

struct someData *psd = (struct someData *) malloc(offsetof(struct someData, byData) + 42);

请注意，即使数组大小为零，offsetof的计算仍然是正确的。你看，整个结构体的sizeof可能包含填充字节。例如，如果我们有这样一个结构体：

struct hack {
  unsigned long ul;
  char c;
  char foo[0]; /* assuming our compiler accepts this nonsense */
};

struct hack 的大小可能会因为 ul 成员需要对齐而进行填充。如果 unsigned long 是4字节长的，那么 sizeof(struct hack) 可能是 8，而 offsetof(struct hack, foo) 几乎肯定是5。使用 offsetof 方法是在数组之前获取该结构体前面一部分准确大小的方法。

所以将代码重构为符合经典的、高度可移植的结构体 hack 是最好的做法。

为什么不使用指针呢？因为指针占用额外的空间并且必须被初始化。

还有其他很好的理由不使用指针，即指针需要一个地址空间才能有意义。 结构体 hack 是可外部化的：也就是说，当这样的布局符合外部存储（例如文件、数据包或共享内存）时，不想使用指针，因为它们没有意义。

几年前，我在内核和用户空间之间使用结构体 hack 进行共享内存消息传递接口。我不想在那里使用指针，因为它们只对生成消息的进程的原始地址空间有意义。软件的内核部分使用自己的映射查看该内存，位于不同地址上，因此一切都基于偏移量计算。

- Kaz

---

即使在C89中，访问数组的第一个元素之外的位置也会导致未定义行为。结构体技巧依赖于编译器自行“定义”此行为。该技巧与向后兼容到1989年的C方言兼容。 - M.M

Answer 5

值得指出的是，在我看来，最好的计算大小的方法是在上面链接的 Raymond Chen 文章中使用的方法。

struct foo
{
    size_t count;
    int data[1];
}

size_t foo_size_from_count(size_t count)
{
    return offsetof(foo, data[count]);
}

所需分配的第一个条目的偏移量也是所需分配的大小。我认为这是一种非常优雅的计算大小的方式。无论变量大小数组的元素类型是什么，offsetof（或Windows中的FIELD_OFFSET或UFIELD_OFFSET）总是以相同的方式编写。没有sizeof（）表达式会意外出错。

- Mike Ruete