C 語言變長數組 struct 中 char data[0] 的用法

1、結構體內存布局（padding）

為了讓CPU能夠更舒服地訪問到變量，struct中的各成員變量的存儲地址有一套對齊的機制。這個機制概括起來有兩點：第一，每個成員變量的首地址，必須是它的類型的對齊值的整數倍，如果不滿足，它與前一個成員變量之間要填充(padding)一些無意義的字節來滿足；第二，整個struct的大小，必須是該struct中所有成員的類型中對齊值最大者的整數倍，如果不滿足，在最後一個成員後面填充。

The following typical alignments are valid for compilers from Microsoft, Borland, and GNU when compiling for 32-bit x86:

• A char (one byte) will be 1-byte aligned.
• A short (two bytes) will be 2-byte aligned.
• An int (four bytes) will be 4-byte aligned.
• A float (four bytes) will be 4-byte aligned.
• A double (eight bytes) will be 8-byte aligned on Windows and 4-byte aligned on Linux.
• A long double (twelve bytes) will be 4-byte aligned on Linux.
• Any pointer (four bytes) will be 4-byte aligned on Linux. (eg: char*, int*)

  The only notable difference in alignment for a 64-bit linux system when compared to a 32 bit is:

  • A double (eight bytes) will be 8-byte aligned.
  • A long double (Sixteen bytes) will be 16-byte aligned.
  • Any pointer (eight bytes) will be 8-byte aligned.

     

    #include 
    #include 
    #include 
    
      struct s1
            {
                    char ch,*ptr;
                    union
                    {
                            short a,b;
                            unsigned int c:2,d:1;
                    };
                    struct s1 *next;
            };
    
    int main()
    {
          
            printf("%d\n",sizeof(struct s1));
            return 0;
    }

    
    struct s1
    {
    char ch,*ptr; //ch和*ptr各占2bit,共4bit
    union //按照最長的計算,union占4bit
    {
    short a,b;
    unsigned int c:2,d:1;
    }
    struct *next; //指向struct的指針,和struct占相同的字節,8bit
    }
    

     

    2、變長數組

    摘要：在實際的編程中，我們經常需要使用變長數組，但是C語言並不支持變長的數組。此時，我們可以使用結構體的方法實現C語言變長數組。

    struct MyData
    {
    int nLen;
    char data[0];
    };

    在結構中，data是一個數組名；但該數組沒有元素；該數組的真實地址緊隨結構體MyData之後，而這個地址就是結構體後面數據的地址（如果給這個結構體分配的內容大於這個結構體實際大小，後面多余的部分就是這個data的內容）；這種聲明方法可以巧妙的實現C語言裡的數組擴展。
    實際用時采取這樣：
    struct MyData *p = (struct MyData *)malloc(sizeof(struct MyData )+strlen(str))
    這樣就可以通過p->data 來操作這個str。

     

    這樣就可以通過p->data 來操作這個str。

     

    程序實例：

    
    struct MyData
    {
    int nLen;
    char data[0];
    };
    
    int main()
    {
    int nLen = 10;
    char str[10] = "123456789";
    
    cout << "Size of MyData: " <
    MyData *myData = (MyData*)malloc(sizeof(MyData) +10);
    memcpy(myData->data, str, 10);
    
    cout << "myData's Data is: " << myData->data << endl;
    
    free(myData);
    
    return 0;
    }

    輸出：

    Size of MyData:
    4
    myData"s Data is: 123456789

    以下是摘自：http://bbs.chinaunix.net/thread-1455677-1-1.html
    

    我想舉一個自己最近在項目中犯的錯誤來說明要踏踏實實做人，不要做裝B青年
    在代碼中，我需要在一個library和一個daemon之間通過socket傳送數據包，包的格式定義如下（為了簡化，我就用最簡單的數據類型舉例）：

    1. typedef struct {
    2. int head;
    3. int size; //指明整個包的長度
    4. char reply;
    5. char data[0];
    6. } packet;
    7.  
    8. packet* cmd = malloc (sizeof(packet) + 20);
    9. memcpy (packet->data, some_data, 20); 復制代碼
       
       daemon將上面分配的cmd包發送給library，library接收到包後，需要將data字段中的數據取出來。size指明了整個包的長度，但沒有字段指明數據的長度。我需要這麼一個指明數據長度的字段嗎？作為一個裝B青年，我認為當然不需要，於是我這樣來計算數據的長度：

        

        

       1. #define offsetof(type, element) ((int)&((type *)0)->element)
       2. static inline size_t packet_data_len(packet* cmd) {
       3. assert(cmd);
       4. return cmd->size - offsetof(packet, data);
       5. }
       6.  
       7. memcpy (buffer_to_receive_data, cmd->data, packet_data_len (cmd)); 復制代碼
          
          於是乎，這段程序成功的給我帶來了無數的bug，莫名奇妙的segfault，奇怪的數據錯誤，還是有部分時間的正常工作。當然，最終我還是找到了問題：
          sizeof (packet) == 12;
          這是合理的，char reply被padding成了4個字節，而char data[0]字節為0。
          但，offsetof(packet, data) == 9，在計算偏移時，char reply為一個字節，沒有padding。
          所以packet_data_len每次都會返回比真實的數據多3個字節 ……
          
          最後我還是老老實實加了個data_len字段指明數據的長度。