在 C 中使用灵活的数组成员是不好的做法吗？

Question

我最近读到，在 C 语言中使用灵活的数组成员是一种糟糕的软件工程实践。但是，该声明没有任何论据支持。这是公认的事实吗？

(Flexible array members 是 C99 中引入的一项 C 功能，可以将最后一个元素声明为未指定大小的数组。例如：)

struct header {
    size_t len;
    unsigned char data[];
};

Answer 1

使用 goto 是一种糟糕的软件工程实践，这是一个公认的“事实”。这并不成立。有时 goto 很有用，特别是在处理清理和从汇编程序移植时。

灵活的数组成员让我印象深刻，它有一个主要用途，在我脑海中浮现，它是在 RiscOS 上映射遗留数据格式，如窗口模板格式。大约 15 年前，它们在这方面会非常有用，而且我敢肯定，在处理此类事情的人仍然会发现它们很有用。

如果使用灵活的数组成员是不好的做法，那么我建议我们都去告诉 C99 规范的作者。我怀疑他们可能有不同的答案。

Answer 2

请仔细阅读此答案下方的评论

随着 C 标准化的发展，没有理由再使用 [1]。

我之所以不这样做，是因为为了使用此功能而将您的代码绑定到 C99 是不值得的。

关键是你总是可以使用以下成语：

struct header {
  size_t len;
  unsigned char data[1];
};

这是完全可移植的。然后在为数组data 中的n 个元素分配内存时可以考虑1：

ptr = malloc(sizeof(struct header) + (n-1));

如果您出于任何其他原因已经需要 C99 来构建您的代码，或者您的目标是特定的编译器，我认为没有什么坏处。

Answer 3

不，在 C 语言中使用 flexible array members 是不错的做法。

此语言功能首先在 ISO C99 6.7.2.1 (16) 中标准化。在随后的修订版 ISO C11 中，它在第 6.7.2.1 (18) 节中指定。

你可以这样使用它们：

struct Header {
    size_t d;
    long v[];
};
typedef struct Header Header;
size_t n = 123; // can dynamically change during program execution
// ...
Header *h = malloc(sizeof(Header) + sizeof(long[n]));
h->n = n;

或者，您可以这样分配：

Header *h = malloc(sizeof *h + n * sizeof h->v[0]);

请注意，sizeof(Header) 包括最终的填充字节，因此，以下分配不正确，可能会导致缓冲区溢出：

Header *h = malloc(sizeof(size_t) + sizeof(long[n])); // invalid!

具有灵活数组成员的结构将其分配数量减少了 1/2，即，您只需 1 个结构对象而不是 2 个分配。这意味着更少的工作量和更少的内存分配器簿记开销占用的内存。此外，您可以为一个额外的指针保存存储空间。因此，如果您必须分配大量此类结构实例，则可以显着提高程序的运行时和内存使用率（通过一个常数因子）。

与此相反，对产生未定义行为的灵活数组成员使用非标准化构造（例如long v[0]; 或long v[1];）显然是不好的做法。因此，应该避免任何未定义的行为。

自从 ISO C99 于 1999 年发布以来，20 多年前，争取 ISO C89 兼容性是一个软弱的论据。

Answer 4

你的意思是……

struct header
{
 size_t len;
 unsigned char data[];
}; 

在 C 中，这是一个常见的习惯用法。我想很多编译器也接受：

  unsigned char data[0];

是的，这很危险，但话又说回来，它实际上并不比普通的 C 数组更危险 - 即非常危险 ;-) 。小心使用它，并且仅在您真正需要未知大小的数组的情况下使用。确保你 malloc 并正确释放内存，使用类似：-

  foo = malloc(sizeof(header) + N * sizeof(data[0]));
  foo->len = N;

另一种方法是使数据只是指向元素的指针。然后，您可以根据需要将数据重新分配到正确的大小。

  struct header
    {
     size_t len;
     unsigned char *data;
    }; 

当然，如果您问的是 C++，这两种方法都是不好的做法。然后，您通常会改用 STL 向量。

Answer 5

我见过这样的事情： 来自 C 接口和实现。

  struct header {
    size_t len;
    unsigned char *data;
};

   struct header *p;
   p = malloc(sizeof(*p) + len + 1 );
   p->data = (unsigned char*) (p + 1 );  // memory after p is mine! 

注意：数据不必是最后一个成员。

Answer 6

附带说明，为了 C89 兼容性，应该像这样分配这样的结构：

struct header *my_header
  = malloc(offsetof(struct header, data) + n * sizeof my_header->data);

或者使用宏：

#define FLEXIBLE_SIZE SIZE_MAX /* or whatever maximum length for an array */
#define SIZEOF_FLEXIBLE(type, member, length) \
  ( offsetof(type, member) + (length) * sizeof ((type *)0)->member[0] )

struct header {
  size_t len;
  unsigned char data[FLEXIBLE_SIZE];
};

...

size_t n = 123;
struct header *my_header = malloc(SIZEOF_FLEXIBLE(struct header, data, n));

将 FLEXIBLE_SIZE 设置为 SIZE_MAX 几乎可以确保这将失败：

struct header *my_header = malloc(sizeof *my_header);

Answer 7

结构体的使用方式有时存在一些缺点，如果您不考虑其中的含义，可能会很危险。

对于你的例子，如果你启动一个函数：

void test(void) {
  struct header;
  char *p = &header.data[0];

  ...
}

然后结果是不确定的（因为没有为数据分配存储空间）。您通常会意识到这一点，但在某些情况下，C 程序员可能习惯于将值语义用于结构，这会以各种其他方式分解。

例如，如果我定义：

struct header2 {
  int len;
  char data[MAXLEN]; /* MAXLEN some appropriately large number */
}

然后我可以简单地通过赋值复制两个实例，即：

struct header2 inst1 = inst2;

或者如果它们被定义为指针：

struct header2 *inst1 = *inst2;

但这不适用于灵活的数组成员，因为它们的内容不会被复制。您想要的是动态 malloc 结构的大小并使用 memcpy 或等效项复制数组。

struct header3 {
  int len;
  char data[]; /* flexible array member */
}

同样，编写一个接受struct header3 的函数将不起作用，因为函数调用中的参数再次按值复制，因此您将得到的可能只是灵活数组成员的第一个元素。

 void not_good ( struct header3 ) ;

这并不是一个坏主意，但您必须牢记始终动态分配这些结构，并且只将它们作为指针传递。

 void good ( struct header3 * ) ;