结构体0长度数组的作用

时间:2023-01-31 19:26:46

在标准 C 和 C++ 中,不允许用 0 长度数组,但在 GNU C 中,却可以定义 0 长度数组。比如:

引用 struct line { 
         int length ;
         char contents [ 0 ]; 
}


0 长度数组不占有空间,从打印 sizeof (struct line) 可以看到这个结构体的长度为 4,这 4 字节空间属于整型量 length 。那么结构体里最后的 0 长度字符数组 contents[0] 用来做什么呢?答案是,它可以用来指向一段由你自己分配的 buffer 空间。如:

引用 int this_length = 60 ;
struct line * thisline = (struct line * )malloc (sizeof (struct line ) + this_length );
thisline->length = this_length;


这样,就开辟了 64 字节空间。前面 4 个字节为 this_length 用,后面 60 个字节被 contents 数组用。经过空间分配后,就相当于把结构体定义为:

引用 struct line { 
         int length ;
         char contents [ 60 ]; 
}


顺便看一下这个空间的分布,做如下打印:

引用 printf ("thisline 指向的地址为 %p /n " , thisline );
printf ("thisline指向的第一个元素值为:%d /n " , thisline -> length );
printf ("该元素的地址为%p /n " , & thisline -> length );
printf ("%p /n " , & thisline -> contents );
printf ("%p /n " , & thisline -> contents [ 0 ]); 
printf ("%p /n " , & thisline -> contents [ 1 ]);


输出为:

引用 thisline 指向的地址为 0x8780008
thisline指向的第一个元素值为:60
该元素的地址为0x8780008
0x878000c
0x878000c
0x878000d


从输出可以看到,thisline-contents 只是一个“不占有空间“(其特性由编译器决定)的常量指针。在这里,它表示接着整型值后的起始地址。

现在,我们可以使用这个数组了,比如给这个数组的前几个元素赋下值:

引用 char c = 'x' ;
int i ;

thisline -> contents [ 0 ] = c ;
c = 'y' ;
thisline -> contents [ 1 ] = c ;
c = 'z' ;
thisline -> contents [ 2 ] = c ;
for (i = 0 ; i < 3 ; i ++ )
      printf ("%c /n " , thisline -> contents [ i ]);



还有一个问题需要探讨。既然用了 malloc() 函数,那么在最后就会使用 free() 函数来释放掉所申请的内存空间。那么,在这里,是不是只是用 free(thisline) 就能达到目的了呢?下面做一个实验:
首先在程序中,将分配缓冲区的首地址备份起来:

引用 struct line * thisline_bak = thisline ;


现在做如下释放然后看一下空间中首元素(length)的值:

引用 free(thisline);
printf ("%d /n " , thisline_bak -> length );


一般在打印里可以看到 length 的输出值为 0 ,这也说明,首个元素的内存空间确实被释放了。在这里,严格的说,这个指针已经不能再这么用,因为它指向了一个被释放的内存空间。

但是,如果我们再次运行

引用 for (i = 0 ; i < 3 ; i ++ )
      printf ("%c /n " , thisline -> contents [ i ]);


这 个打印,发现仍然能够正常的打印出值来,从而说明了,后面申请的数组缓冲区还没释放。原因是,由于分配的空间返回的指针被强制转换为 struct line 类型,且所得到的空间并不是平缓的(包含的不是同一种元素类型的空间)。在这里的空间组成是,一个整型值 + 后面一大块字符型缓冲区。所以,在释放时,free() 函数认为 *thisline 只是一个指向 4 字节整型值的空间。因而,我们要完全释放整个申请的空间,还需要:

引用 free (thisline->contents);


此后,如果再次打印之前那 3 个赋值的元素时,会发现段错误,或者是类似下面的错误:

引用 *** glibc detected *** ./array4: free(): invalid pointer: 0x09e4300c ***
======= Backtrace: =========
/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6(+0x6b591)[0x5b8591]
/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6(+0x6cde8)[0x5b9de8]
/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6(cfree+0x6d)[0x5bcecd]
./array4[0x80485ad]
/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6(__libc_start_main+0xe6)[0x563bd6]
./array4[0x80483c1]
======= Memory map: ========
... ...


所以,在不用这段空间时,可如下释放:

引用

free (thisline->contents);   /*先释放掉后面的数组buffer*/
free(thisline);    /*再释放掉 4 字节整型空间*/