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柔性數(shù)組

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樓主
ID:108615 發(fā)表于 2016-3-13 16:50 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
處理二進制協(xié)議時,過去常用的方法是,只定義協(xié)議頭,或者用char data[1]定義協(xié)議體
只定義協(xié)議頭不夠直觀,需要計算協(xié)議體地址;而data[1]需要進行類型轉(zhuǎn)換,其實也是計算協(xié)議體地址
現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有一種更“優(yōu)雅”的方法:柔性數(shù)組,可以這樣定義:
struct protocol
{
    uint32_t len;
    uint32_t type;
    uint16_t cmd;
    byte data[];
};


在講述柔性數(shù)組成員之前,首先要介紹一下不完整類型(incomplete type)。不完整類型是這樣一種類型,它缺乏足夠的信息例如長度去描述一個完整的對象。
6.2.5 Types
incomplete types (types that describe objects but lack information needed to determine their sizes).
C與C++關(guān)于不完整類型的語義是一樣的。
基本上沒有什么書介紹過不完整類型,很多人初次遇到這個概念時腦袋會一片空白。事實上我們在實際的工程設(shè)計中經(jīng)常使用不完整類型,只不過不知道有這么個概念而已。前向聲明就是一種常用的不完整類型:
class base;
struct test;
base和test只給出了聲明,沒有給出定義。不完整類型必須通過某種方式補充完整,才能使用它們進行實例化,否則只能用于定義指針或引用,因為此時實例化的是指針或引用本身,不是base或test對象。
一個未知長度的數(shù)組也屬于不完整類型:
extern int a[];
extern不能去掉,因為數(shù)組的長度未知,不能作為定義出現(xiàn)。不完整類型的數(shù)組可以通過幾種方式補充完整才能使用,大括號形式的初始化就是其中一種方式:
int a[] = { 10, 20 };
柔性數(shù)組成員(flexible array member)也叫伸縮性數(shù)組成員,它的出現(xiàn)反映了C程序員對精煉代碼的極致追求。這種代碼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生于對動態(tài)結(jié)構(gòu)體的需求。在日常的編程中,有時候需要在結(jié)構(gòu)體中存放一個長度動態(tài)的字符串,一般的做法,是在結(jié)構(gòu)體中定義一個指針成員,這個指針成員指向該字符串所在的動態(tài)內(nèi)存空間,例如:
struct test
{
       int a;
       double b;
       char *p;
};
p指向字符串。這種方法造成字符串與結(jié)構(gòu)體是分離的,不利于操作,如果把字符串跟結(jié)構(gòu)體直接連在一起,不是更好嗎?于是,可以把代碼修改為這樣:
char a[] = “hello world”;
struct test *PntTest = ( struct test* )malloc( sizeof( struct test ) + strlen( a ) + 1 );
strcpy( PntTest + 1, a );
這樣一來,( char* )( PntTest + 1 )就是字符串“hello world”的地址了。這時候p成了多余的東西,可以去掉。但是,又產(chǎn)生了另外一個問題:老是使用( char* )( PntTest + 1 )不方便。如果能夠找出一種方法,既能直接引用該字符串,又不占用結(jié)構(gòu)體的空間,就完美了,符合這種條件的代碼結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一個非對象的符號地址,在結(jié)構(gòu)體的尾部放置一個0長度的數(shù)組是一個絕妙的解決方案。不過,C/C++標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不能定義長度為0的數(shù)組,因此,有些編譯器就把0長度的數(shù)組成員作為自己的非標(biāo)準(zhǔn)擴展,例如:
struct test
{
       int a;
       double b;
       char c[0];
};
c就叫柔性數(shù)組成員,如果把PntTest指向的動態(tài)分配內(nèi)存看作一個整體,c就是一個長度可以動態(tài)變化的結(jié)構(gòu)體成員,柔性一詞來源于此。c的長度為0,因此它不占用test的空間,同時PntTest->c就是“hello world”的首地址,不需要再使用( char* )( PntTest + 1 )這么丑陋的語法了。
鑒于這種代碼結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的重要作用,C99甚至把它收入了標(biāo)準(zhǔn)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使用不完整類型實現(xiàn)柔性數(shù)組成員,標(biāo)準(zhǔn)形式是這樣的:
struct test
{
       int a;
       double b;
       char c[];
};
c同樣不占用test的空間,只作為一個符號地址存在,而且必須是結(jié)構(gòu)體的最后一個成員。柔性數(shù)組成員不僅可以用于字符數(shù)組,還可以是元素為其它類型的數(shù)組,例如:
struct test
{
       int a;
        double b;
       float c[];
};
應(yīng)當(dāng)盡量使用標(biāo)準(zhǔn)形式,在非C99的場合,可以使用指針方法。有些人使用char a[1],這是非常不可取的,把這樣的a用作柔性數(shù)組成員會發(fā)生越界行為,雖然C/C++標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定編譯器應(yīng)當(dāng)檢查越界,但也沒有規(guī)定不能檢查越界,為了一個小小的指針空間而犧牲移植性,是不值得的。


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