为什么使用数组大小 1 而不是指针？答案

【问题标题】：Why use array size 1 instead of pointer?为什么使用数组大小 1 而不是指针？
【发布时间】：2011-09-17 10:24:56
【问题描述】：

在一个 C++ 开源项目中，我看到了这个。

struct SomeClass {
  ...
  size_t data_length;
  char data[1];
  ...
}

这样做而不是使用指针有什么好处？

struct SomeClass {
  ...
  size_t data_length;
  char* data;
  ...
}

我唯一能想到的是大小为 1 的数组版本，用户不应该看到 NULL。还有什么吗？

【问题讨论】：

这比指针有很多潜在的好处，但我想不出一个简单的char。
可能是stackoverflow.com/questions/1704407/…的副本？
这是可变长度结构的 ISO C90 习惯用法。你是对的，因为指针会做同样的事情，但是这个允许更舒适的访问。在 ISO C99 中，您将使用空括号。单元素数组也适用于 C++，我不确定空括号是否也适用（尽管 gcc 确实支持它）。
@larsman：如果你想要一个可变大小的数组，而不需要第二次内存分配的开销。
@larsmans：简单地说明标准中的某些内容（C99 中的灵活数组成员，或者在这种情况下最接近它们的 C89 或 C++ 近似值）“几乎没有好处”可能准确地代表您的意见，但可能没有帮助，除非你说明为什么它是错误的。我猜你可能会说，“它是 C++，使用向量”，响应是“与 C API 接口”，所以我的问题仍然是“为什么这在 C 中没有好处”，因此，“为什么灵活数组成员是 C99 的错误特征？”

标签： c++ c

【解决方案1】：

有了这个，你不必在别处分配内存并使指针指向它。

没有额外的内存管理
对内存的访问将更有可能（更多）命中内存缓存

诀窍是分配比sizeof (SomeClass) 更多的内存，并让SomeClass* 指向它。然后初始内存将由您的SomeClass 对象使用，剩余内存可由data 使用。也就是说，您可以说p->data[0]，也可以说p->data[1] 等等，直到您分配的内存用完为止。

可以指出，这种使用会导致未定义的行为，因为您将数组声明为只有一个元素，但访问它时就好像它包含更多元素一样。但是真正的编译器确实允许这样做并具有预期的含义，因为 C++ 没有替代语法来表达这些方法（C99 有，它在那里被称为“灵活数组成员”）。

【讨论】：

@larsmans 因为不允许声明大小为零的数组 - char x[0]; 在 C++ 和 C 中无效，它需要诊断消息（错误/警告消息）。
如果要相信 OP 的代码示例，那么我认为这个答案是不正确的。他在char data[1] 后面有“...”，表示后面还有更多字段。
@Oli 这是一个很好的观点，我没有注意到。尽管如果您考虑到提问者不知道特殊含义，他也不知道这仅对结构的最后一个成员有意义，因此他可能只是在两者处都插入了“...”结束以保持对称。
@Steve 因为指针指向char[1] 类型数组的元素。所以从技术上讲，你只能说data[0] 和data[1]。但是data[2] 是未定义的行为（不一定是因为取消引用，而是因为data + 2 是未定义的行为）。但在实践中，我认为这并不重要，所以因为允许它实际上是有用的，所以真正的编译器确实允许它。
@Steve 不幸的是，规范不清楚 char 数组何时开始生命周期以及何时停止。规范说，一旦你有适当的记忆，非类类型就会开始生命周期。但这不可能是真的，因为那样别名规则将无法工作。规范尚未修复，所以我会假设最坏的情况：int *x = (int*)malloc(2 * sizeof(int)); x + 2; 是当前定义的行为，C++ 标准没有指定。如果您知道它在哪里以及它如何与别名一起使用，如果您能解释一下，我会很高兴。

【解决方案2】：

通常您将其视为结构的最终成员。那么无论是谁mallocs 结构体，都会将内存中的所有数据字节连续分配为一个块来“跟随”结构体。

所以如果你需要 16 字节的数据，你应该像这样分配一个实例：

SomeClass * pObj = malloc(sizeof(SomeClass) + (16 - 1));

然后你可以像访问数组一样访问数据：

pObj->data[12] = 0xAB;

当然，你也可以一键释放所有东西。

data 成员按照惯例是一个单项数组，因为旧的 C 编译器（显然是当前的 C++ 标准）不允许零大小的数组。很好的进一步讨论：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Zero-Length.html

【讨论】：

这被称为（甚至在 C 标准的索引中）struct hack。
并且此类代码的行为是未定义 - C 编译器可以进行范围检查

【解决方案3】：

这通常是避免多次内存分配和释放的一种快速（而且很脏？）的方法，尽管它比 C++ 更时尚。

也就是说，而不是这个：

struct SomeClass *foo = malloc(sizeof *foo);
foo->data = malloc(data_len);
memcpy(foo->data,data,data_len);

....
free(foo->data);
free(foo);

你做这样的事情：

struct SomeClass *foo = malloc(sizeof *foo + data_len);
memcpy(foo->data,data,data_len);

...
free(foo);

除了节省（取消）分配调用之外，这还可以节省一些内存，因为没有指针空间，您甚至可以使用原本可能是结构填充的空间。

【讨论】：

【解决方案4】：

这个特殊的东西背后的想法是data 的其余部分直接在结构之后放入内存中。当然，你也可以这样做。

【讨论】：

【解决方案5】：

在您的示例中，它们在语义上有所不同。

char data[1] 是一个有效的 char 数组，在堆栈上分配了一个未初始化的元素。你可以写data[0] = 'w'，你的程序是正确的。

char* data; 只是声明了一个指针，该指针在初始化为指向有效地址之前是无效的。

【讨论】：

我不确定这是如何被忽略的。指针和字符不是一回事。

【解决方案6】：

结构可以简单地分配为单个内存块，而不是必须释放的多个分配。
它实际上使用的内存更少，因为它不需要存储指针本身。
由于内存是连续的，缓存还可能具有性能优势。

【讨论】：