C99 式 VLA 有哪些技术缺点？ [关闭]答案

【问题标题】：What technical disadvantages do C99-style VLAs have? [closed]C99 式 VLA 有哪些技术缺点？ [关闭]
【发布时间】：2023-04-09 03:18:02
【问题描述】：

我从很多人那里听说，C99 中引入的可变长度数组很糟糕。 IRC 上的一些人一分钟前说“我不认为 C++ 会获得 VLA，strosoup 对它们提出了一些非常负面的评价”。

那些人讨厌 VLA 的原因是什么？

【问题讨论】：

我听说这可能被视为一个巨魔问题。请不要以为是，我只是在寻找更喜欢 std::vector 之类的理由。
C11 甚至没有弃用 VLA 之类的吗？
@Xeo 不推荐使用，它们已成为可选的“可变长度数组是实现不需要支持的条件特性；参见 6.10.8.3。”。
@ChristianRau，C 标准中有几个部分是可选的，可以使用宏进行测试。我觉得没有什么令人震惊的。
"Making them mandatory would effectively prohibit C implementations on hardware with 9-bit bytes" 这样的废话总结了为什么 ISO 标准糟糕，不允许它们偏爱某种技术。想象一下，如果严格指定字节大小和 int 类型大小，如果有符号整数始终是二进制补码，如果浮点数对每个浮点数表示都有指定的类型，如果 Unicode 是唯一允许的符号表等等，那么 C 会有多好。 ISO作为防火墙保护我们免受理智的技术改进的影响，他们做得非常好。

标签： c++ c c++11 c99 variable-length-array

【解决方案1】：

尽管可变长度数组存在问题，但应牢记它们是如何产生的：作为 alloca() 的替代品，可以说是 even more problematic。

虽然在 PDP-11 上实现起来很简单，但在其他架构和 Ritchie 和 Thompson removed it from their implementation 上却不是这样。

然而，可变大小的自动分配显然足够有用，以至于alloca() 尽管存在问题，但它还是复活了（特别是，它不能用于任何可能调用任意函数的地方，并且在许多架构上它必须是编译器无论如何内置）。 C 工作组同意提供这样的功能，但认为可变长度数组是更好的解决方案。

如果您查看 C99 添加的功能（复数、类型通用数学、restrict、...），您应该注意到其中很多功能旨在使 C 成为更好的数值计算语言。可变长度数组在那里也很有用，我相信当时 Fortran 已经有了它们。此外，它们的引入还导致了可变修改的派生类型（例如，指向可变大小数组的指针），这在处理矩阵时特别有用。

【讨论】：

如果有一个函数 stalloc() 类似于 alloca() 但需要在 LIFO 中调用 stfree() 以便在函数通过任何方式退出之前清理分配，那将是可以实现的在任何平台上。支持通过 longjmp() 放弃块可能有问题，因此应该是可选的，但 LIFO 分配器的语义将比与 VLA 相关联的更通用。

【解决方案2】：

正如其他人所指出的，VLA 使堆栈帧溢出变得非常容易。我不是编译器编写者，但我的理解是 VLA 也可能成为支持的错误（它们现在在 C2011 中是可选的）。并且它们的使用仅限于块或函数范围；您不能在文件范围内使用 VLA，它们也不能有外部链接。

不过，我不希望看到 VLA 语法消失；当动态分配内部维度直到运行时才知道的多维数组时，它非常方便，例如：

size_t r, c;
// get values for r and c
int (*arr)[c] = malloc(r * sizeof *arr);
if (arr)
{
   ...
   arr[i][j] = ...;
   ...
   free(arr);
}

一个连续分配（和一个对应的free），和我可以将它下标为二维数组。替代方案通常意味着零碎分配：

size_t r, c;
...
int **arr = malloc(sizeof *arr * r);
if (arr)
{
  for (i = 0; i < c; i++)
    arr[i] = malloc(sizeof *arr[i] * c);
  ...
  arr[i][j] = ...;
  ...
  for (i = 0; i < c; i++)
    free(arr[i]);
  free(arr);
}

或使用一维偏移：

int *arr = malloc(sizeof *arr * r * c);
if (arr)
{
  ...
  arr[i * r + j] = ...;
  ...
  free(arr);
}

【讨论】：

【解决方案3】：

VLA 在运行时在堆栈上分配数组，这使得确定编译时使用的堆栈大小变得更加困难，甚至不可能。由于堆栈的可用内存量相当小（与堆相比），许多人担心 VLA 有很大的堆栈溢出可能性。

即将发布的 MISRA-C 编码标准版本很可能也会禁止 VLA。

【讨论】：

不，可以轻松地在堆上创建 VLA。见stackoverflow.com/a/54163435/4989451
@tstanisl 你误解了那个（主要是理论上的）帖子。在使用 malloc 的示例中，它们创建 一个指向 VLA 的指针，指向已分配的内存。然后将指针传递给接受 VLA 参数的函数。该参数衰减为指向 VLA 的指针。在这两种情况下都没有分配实际的 VLA。指向 VLA 的指针很好，但是使用 VLA 数组语法分配实际的 VLA 有点用处。请注意，指向 VLA 的指针与指向（静态）数组类型的指针一致且兼容。
发布此答案 8 年后，我们现在知道 C11 和 MISRA-C:2012 委员会都对 VLA 整体持怀疑态度。因此 C11 将它们设为可选，MISRA-C 完全禁止它们。两者都未能理解指向 VLA 的指针的用处，它们可用于创建更清晰、更安全的代码。
很大程度上取决于人们对 VLA 的理解。对象（读取数据）或可变大小的数组类型。无论如何，可以在 heap 上轻松创建 VLA 对象，如示例所示，其中指向 VLA 对象的指针被分配给带有malloc() 的 allocated VLA 对象。 VLA 不是关于存储（静态、自动、动态等），而是关于具有运行时定义大小的类型。
@tstanisl C17 6.7.6.2 数组声明器描述你声明一个可变长度类型：“如果一个标识符被声明为具有可变修改的类型，它应该是一个普通的标识符（如 6.2.3 中所定义） )，没有链接，并且具有块作用域或函数原型作用域。如果将标识符声明为具有静态或线程存储持续时间的对象，则它不应具有可变长度数组类型。"

【解决方案4】：

VLA 使堆栈溢出变得更加容易。在您将使用 VLA 的大多数地方，您会将长度基于函数参数之一。如果参数是您不期望的，您最终可能会在堆栈上分配一个非常大的数组。除非您可以确定没有任何参数组合会导致堆栈溢出，否则您应该使用动态分配。

在嵌入式平台上使用它们可能有意义的一个地方，因为在进行嵌入式编程时，您可能会密切跟踪内存使用情况以确保不会有堆栈溢出。

【讨论】：