c99之 柔性数组成员

在讲述柔性数组成员之前，首先要介绍一下不完整类型（incomplete type）。不完整类型是这样一种类型，它缺乏足够的信息例如长度去描述一个完整的对象。

6.2.5 Types

incomplete types (types that describe objects but lack information needed to determine their sizes).

C与C++关于不完整类型的语义是一样的。

前向声明就是一种常用的不完整类型：

class base;

struct test;

base和test只给出了声明，没有给出定义。不完整类型必须通过某种方式补充完整，才能使用它们进行实例化，否则只能用于定义指针或引用，因为此时实例化的是指针或引用本身，不是base或test对象。

一个未知长度的数组也属于不完整类型：

extern int a[];

extern不能去掉，因为数组的长度未知，不能作为定义出现。不完整类型的数组可以通过几种方式补充完整才能使用，大括号形式的初始化就是其中一种方式：

int a[] = { 10, 20 };

柔性数组成员（flexible array member）也叫伸缩性数组成员，它的出现反映了C程序员对精炼代码的极致追求。这种代码结构产生于对动态结构体的需求。在日常的编程中，有时候需要在结构体中存放一个长度动态的字符串，一般的做法，是在结构体中定义一个指针成员，这个指针成员指向该字符串所在的动态内存空间，例如：

struct test
{
       int a;
       double b;
       char *p;
};

p指向字符串。这种方法造成字符串与结构体是分离的，不利于操作，如果把字符串跟结构体直接连在一起，不是更好吗？于是，可以把代码修改为这样：

char a[] = “hello world”;
 
struct test *PntTest = ( struct test* )malloc( sizeof( struct test ) + strlen( a ) + 1 );
strcpy( PntTest + 1, a );

这样一来，( char* )( PntTest + 1 )就是字符串“hello world”的地址了(已经忽略p)。这时候p成了多余的东西，可以去掉。但是，又产生了另外一个问题：老是使用( char* )( PntTest + 1 )不方便。如果能够找出一种方法，既能直接引用该字符串，又不占用结构体的空间，就完美了，符合这种条件的代码结构应该是一个非对象的符号地址，在结构体的尾部放置一个0长度的数组是一个绝妙的解决方案。不过，C/C++标准规定不能定义长度为0的数组，因此，有些编译器就把0长度的数组成员作为自己的非标准扩展，例如：

struct test
{
       int a;
       double b;
       char c[0];
};

c就叫柔性数组成员，如果把PntTest指向的动态分配内存看作一个整体，c就是一个长度可以动态变化的结构体成员，柔性一词来源于此。c的长度为0，因此它不占用test的空间，同时PntTest->c就是“hello world”的首地址，不需要再使用( char* )( PntTest + 1 )这么丑陋的语法了。

鉴于这种代码结构所产生的重要作用，C99甚至把它收入了标准中：

6.7.2.1 Structure and union specifiers

As a special case, the last element of a structure with more than one named member may have an incomplete array type; this is called a flexible array member.

C99使用不完整类型实现柔性数组成员，标准形式是这样的：

struct test
{
       int a;
       double b;
       char c[];
};

c同样不占用test的空间，只作为一个符号地址存在，而且必须是结构体的最后一个成员。柔性数组成员不仅可以用于字符数组，还可以是元素为其它类型的数组，例如：

struct test
 
{
       int a;
       double b;
       float c[];
};

应当尽量使用标准形式，在非C99的场合，可以使用指针方法。有些人使用char a[1]，这是非常不可取的，把这样的a用作柔性数组成员会发生越界行为，虽然C/C++标准并没有规定编译器应当检查越界，但也没有规定不能检查越界，为了一个小小的指针空间而牺牲移植性，是不值得的。

柔性数组到底如何使用呢？看下面例子：

typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];
}type_a;
有些编译器会报错无法编译可以改成：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];
}type_a;

这样我们就可以定义一个可变长的结构体，用 sizeof(type_a)得到的只有 4，就是
sizeof(i)=sizeof(int)。那个 0 个元素的数组没有占用空间，而后我们可以进行变长操作了。通
过如下表达式给结构体分配内存：
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));这样我们为结构体指针 p 分配了一块内存。用 p->item[n]就能简单地访问可变长元素。
但是这时候我们再用 sizeof（*p）测试结构体的大小，发现仍然为 4。是不是很诡异？我们
不是给这个数组分配了空间么？
别急，先回忆一下我们前面讲过的“模子” 。在定义这个结构体的时候，模子的大小就
已经确定不包含柔性数组的内存大小。柔性数组只是编外人员，不占结构体的编制。只是说
在使用柔性数组时需要把它当作结构体的一个成员，仅此而已。再说白点，柔性数组其实与
结构体没什么关系，只是“挂羊头卖狗肉”而已，算不得结构体的正式成员。
需要说明的是：C89不支持这种东西，C99把它作为一种特例加入了标准。但是，C99
所支持的是 incomplete type，而不是 zero array，形同 int item[0];这种形式是非法的，C99支持的形式是形同 int item[];只不过有些编译器把 int item[0];作为非标准扩展来支持，而且在C99发布之前已经有了这种非标准扩展了，C99发布之后，有些编译器把两者合而为一了。当然，上面既然用 malloc函数分配了内存，肯定就需要用 free函数来释放内存：
free(p);
经过上面的讲解，相信你已经掌握了这个看起来似乎很神秘的东西。不过实在要是没
掌握也无所谓，这个东西实在很少用。

【柔性数组结构成员

　　C99中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员，但结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。柔性数组成员允许结构中包含一个大小可变的数组。sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。】

C语言版：

type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));

C++语言版:

type_a *p = (type_a*)new char[sizeof(type_a)+100*sizeof(int)];

而释放同样简单：

C语言版：

free(p);

C++语言版：

delete []p;