为什么这段 C 代码可以正确运行？ [复制]答案

【问题标题】：Why can this C code run correctly? [duplicate]为什么这段 C 代码可以正确运行？ [复制]
【发布时间】：2023-03-24 01:25:01
【问题描述】：

C 代码是这样的：

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h> 
 #define DIM(a) (sizeof(a)/sizeof(a[0])) 
 struct obj
 {
     int a[1];
 };
 int main()
 {
     struct obj *p = NULL;
     printf("%d\n",DIM(p->a));
     return 0;
 }

这个对象指针p 是NULL，所以，我认为这个p->a 是非法的。但是我在Ubuntu14.04中测试过这段代码，它可以正确执行。所以，我想知道为什么......

注意：原始代码上面有int a[0]，但我已将其更改为int a[1]，因为每个人似乎都被这个问题而不是实际问题所困扰，即：

当p 等于NULL 时，表达式sizeof(p->a) 是否有效？

【问题讨论】：

不是这里发生的事情，但不要假设“非法”的事情（未定义的行为）似乎不起作用。事实上，在编译器版本升级这样简单的事情破坏它们之前，它们似乎可以工作很长时间。
Chris Beck 是绝对正确的：你的#define DIM() 宏是编译时间。这里只有 type 很重要：而不是实际的运行时值。
@paxdiablo 现在是 2015 年，是时候停止将 C++ 视为 C 的超集了吗？
@paxdiablo 除了int a[0]; 在两种语言中都无效之外，所有这些代码都是有效的 C++。 OP 可能正在使用 C++ 编译器，我们不知道
@this: OMG，太搞笑了 :-) 这个问题实际上与零长度数组无关，尽管我承认考虑到 cmets 中发生的侧向跟踪，它看起来可能是这样。问题只是与sizeof(p->a) 在p == NULL 时是否有效有关。事实上，考虑到造成的混乱，我想我会去编辑那个零。

标签： c

【解决方案1】：

因为sizeof 是编译时构造，它不依赖于评估输入。 sizeof(p->a) 仅根据成员 p::a 的声明类型进行评估，并成为可执行文件中的常量。所以 p 指向 null 的事实没有任何区别。

p 的运行时值在 sizeof(p->a) 表达式中绝对没有任何作用。

在 C 和 C++ 中，sizeof 是一个运算符，而不是一个函数。它可以应用于 type-id 或 expression。除了表达式是可变长度数组（C99 中的新功能）（如 paxdiablo 所指出的那样）的情况外，表达式是 未计算的操作数，结果与如果您已将 sizeof 与该表达式的 type 相对应。（C.f. C11 引用由于下面的 paxdiablo，C++14 工作草案 5.3.3.1）

【讨论】：

另外值得指出的是sizeof 是一个操作符，而不是一个函数。可能会缓解一些困惑。
长度为零的数组在标准 C 中是非法的，但在 GNU C 中是允许的（这与标准 C 明显不同）。灵活的数组成员不算数——维度不是 0，而是未指定。
即sizeof(p)和sizeof((struct obj))有没有区别？无论 p 的值是多少。
sizeof 是编译时，除非您采用 VLA 类型的大小。
@Yang.fr 好吧，sizeof(*p) 和sizeof(obj) 没有区别。 sizeof(p) 与 sizeof(obj*) 相同

【解决方案2】：

首先，如果您想要真正可移植的代码，您不应该尝试创建一个大小为零的数组¹，就像您在原始问题中所做的那样，现在已修复。但是，由于它与您关于sizeof(p->a) 在p == NULL 时是否有效的问题并不真正相关，我们现在可以忽略它。

来自C11部分6.5.3.4 The sizeof and _Alignof operators（我的粗体字）：

2/ sizeof 运算符产生其操作数的大小（以字节为单位），它可以是表达式或带括号的类型名称。 大小由操作数的类型决定。结果是一个整数。如果操作数的类型是变长数组类型，则计算操作数；否则，不计算操作数，结果是一个整数常量。

因此，除非它是一个可变长度数组（您的示例不是），否则不会对操作数进行评估。只有类型本身用于计算大小。

¹ 对于那里的语言律师，C11 在6.7.6.2 Array declarators 中声明（我的粗体字）：

1/ 除了可选的类型限定符和关键字static，[ 和] 可以分隔表达式或*。如果它们分隔了一个表达式（它指定了一个数组的大小），则该表达式应为整数类型。如果表达式是常量表达式，它的值应大于零。

但是，由于这是在约束部分（其中 shall 和 shall not 不涉及未定义的行为），这仅意味着程序本身并不严格符合。它仍然被标准本身所涵盖。

【讨论】：

但是长度为零的数组在标准 C 中是非法的，尽管 GCC 允许它们作为扩展。灵活的数组成员不算数——维度不是 0，而是未指定。
@Jonathan，我不确定这与问题本身有关，因为您可以通过简单地将 0 转换为 1 来解决它，并且问题仍然有效，因为它是当p 为NULL 时，sizeof(p->a) 是否非法。不过，为了完整起见，我会将其包含在答案中。
结构声明是非法的——无论它是否用于任何用途。包含该结构类型的程序不是符合标准的 C。
@Jonathan，我不同意那里，标准允许不符合。它特别提到了符合、严格符合和不符合的程序和实现，并允许实现符合要求，前提是它们的扩展不会改变严格符合程序的行为。因此，虽然代码不是严格符合的声明是正确的，但并不意味着根据标准它是非法的 C。
@Yang.fr int x = rand() % 10 + 1; int p[x];

【解决方案3】：

此代码在 ISO C 中包含违反约束的原因：

struct obj
{
    int a[0];
};

零大小的数组在任何地方都是不允许的。因此，C 标准没有定义该程序的行为（尽管there seems to be some debate 关于这一点）。

只有在编译器实现非标准扩展以允许零大小数组时，代码才能“正确运行”。

扩展必须被记录（C11 4/8），所以希望你的编译器的文档定义它的行为 struct obj（一个零大小的结构？）和 sizeof p->a 的值，以及 sizeof 是否评估当操作数表示一个大小为零的数组时，它的操作数。

【讨论】：

请注意，GCC 是一个编译器，它实现了一个非标准扩展以允许零大小的数组。
也许（在阅读 cmets 到其他问题之后），您可能想要淡化“非法”位。与其说它是非法的，不如说它在严格遵守的程序中是无效的。如果实现不改变严格符合程序的行为，则特别允许实现提供扩展。因此，它们也被 ISO C 覆盖。并且在与UB无关的约束部分中限制零大小数组的位。
@paxdiablo 已更改措辞。在 C++ 中，约束违规是明确的 UB；但看起来 C 标准的作者选择了含糊其辞......
在@paxdiablo 的回答下查看我的cmets。问题中的代码需要来自符合要求的编译器的诊断。如果编译器不符合标准，那么标准对编译器没有影响，它可以为所欲为。
@JonathanLeffler 是的，但是编译器在给出诊断后可以/必须做什么？

【解决方案4】：

sizeof() 不关心任何内容，它只查看表达式的结果类型。

由于C99 和variable length arrays，当可变长度数组是sizeof 操作数中表达式的一部分时，它会在运行时计算。否则，不会计算操作数并且结果是integer constant

structs 中的Zero-size array 声明从未被任何C standard 允许，但一些较旧的编译器在它成为编译器允许incomplete array declarations with empty brackets(flexible array members) 的标准之前允许它。

【讨论】：