一文帶你了解C語言中的0長度數(shù)組(可變數(shù)組/柔性數(shù)組)

更新時間：2023年03月17日 10:32:16 作者：編程小魚六六六

眾所周知,?GNU/GCC?在標(biāo)準(zhǔn)的?C/C++?基礎(chǔ)上做了有實(shí)用性的擴(kuò)展,?零長度數(shù)組（Arrays?of?Length?Zero）?就是其中一個知名的擴(kuò)展，本文就來聊聊零長度數(shù)組的相關(guān)知識吧

零長度數(shù)組概念

眾所周知, GNU/GCC 在標(biāo)準(zhǔn)的 C/C++ 基礎(chǔ)上做了有實(shí)用性的擴(kuò)展, 零長度數(shù)組（Arrays of Length Zero）就是其中一個知名的擴(kuò)展.

多數(shù)情況下, 其應(yīng)用在變長數(shù)組中, 其定義如下：

struct Packet
{
    int state;
    int len;
    char cData[0]; //這里的0長結(jié)構(gòu)體就為變長結(jié)構(gòu)體提供了非常好的支持
};

首先對 0長度數(shù)組, 也叫柔性數(shù)組做一個解釋：

用途 : 長度為0的數(shù)組的主要用途是為了滿足需要變長度的結(jié)構(gòu)體
用法 : 在一個結(jié)構(gòu)體的最后, 申明一個長度為0的數(shù)組, 就可以使得這個結(jié)構(gòu)體是可變長的. 對于編譯器來說, 此時長度為0的數(shù)組并不占用空間, 因?yàn)閿?shù)組名本身不占空間, 它只是一個偏移量, 數(shù)組名這個符號本身代表了一個不可修改的地址常量

(注意 : 數(shù)組名永遠(yuǎn)都不會是指針!), 但對于這個數(shù)組的大小, 我們可以進(jìn)行動態(tài)分配

注意：如果結(jié)構(gòu)體是通過calloc、malloc或者new等動態(tài)分配方式生成，在不需要時要釋放相應(yīng)的空間。

優(yōu)點(diǎn) ：比起在結(jié)構(gòu)體中聲明一個指針變量、再進(jìn)行動態(tài)分配的辦法，這種方法效率要高。因?yàn)樵谠L問數(shù)組內(nèi)容時，不需要間接訪問，避免了兩次訪存。

缺點(diǎn) ：在結(jié)構(gòu)體中，數(shù)組為0的數(shù)組必須在最后聲明，使用上有一定限制。

對于編譯器而言, 數(shù)組名僅僅是一個符號, 它不會占用任何空間, 它在結(jié)構(gòu)體中, 只是代表了一個偏移量, 代表一個不可修改的地址常量!

0長度數(shù)組的用途

我們設(shè)想這樣一個場景, 我們在網(wǎng)絡(luò)通信過程中使用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū), 緩沖區(qū)包括一個len字段和data字段, 分別標(biāo)識數(shù)據(jù)的長度和傳輸?shù)臄?shù)據(jù), 我們常見的有幾種設(shè)計(jì)思路：

定長數(shù)據(jù)緩沖區(qū), 設(shè)置一個足夠大小 MAX_LENGTH 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
設(shè)置一個指向?qū)嶋H數(shù)據(jù)的指針, 每次使用時, 按照數(shù)據(jù)的長度動態(tài)的開辟數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的空間

我們從實(shí)際場景中應(yīng)用的設(shè)計(jì)來考慮他們的優(yōu)劣. 主要考慮的有, 緩沖區(qū)空間的開辟, 釋放和訪問。

1、定長包(開辟空間, 釋放, 訪問)：

比如我要發(fā)送 1024 字節(jié)的數(shù)據(jù), 如果用定長包, 假設(shè)定長包的長度 MAX_LENGTH 為 2048, 就會浪費(fèi) 1024 個字節(jié)的空間, 也會造成不必要的流量浪費(fèi)：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：

//  定長緩沖區(qū)
struct max_buffer
{
    int     len;
    char    data[MAX_LENGTH];
};

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小：考慮對齊, 那么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小 >= sizeof(int) + sizeof(char) * MAX_LENGTH

由于考慮到數(shù)據(jù)的溢出, 變長數(shù)據(jù)包中的 data 數(shù)組長度一般會設(shè)置得足夠長足以容納最大的數(shù)據(jù), 因此 max_buffer 中的 data 數(shù)組很多情況下都沒有填滿數(shù)據(jù), 因此造成了浪費(fèi)

數(shù)據(jù)包的構(gòu)造：假如我們要發(fā)送 CURR_LENGTH = 1024 個字節(jié), 我們?nèi)绾螛?gòu)造這個數(shù)據(jù)包呢；一般來說, 我們會返回一個指向緩沖區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) max_buffer 的指針：

    ///  開辟
    if ((mbuffer = (struct max_buffer *)malloc(sizeof(struct max_buffer))) != NULL)
    {
        mbuffer->len = CURR_LENGTH;
        memcpy(mbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
 
 
        printf("%d, %s\n", mbuffer->len, mbuffer->data);
    }

訪問：這段內(nèi)存要分兩部分使用；前部分 4 個字節(jié) p->len, 作為包頭(就是多出來的那部分)，這個包頭是用來描述緊接著包頭后面的數(shù)據(jù)部分的長度，這里是 1024, 所以前四個字節(jié)賦值為 1024 (既然我們要構(gòu)造不定長數(shù)據(jù)包，那么這個包到底有多長呢，因此，我們就必須通過一個變量來表明這個數(shù)據(jù)包的長度，這就是len的作用)；而緊接其后的內(nèi)存是真正的數(shù)據(jù)部分, 通過 p->data, 最后, 進(jìn)行一個 memcpy() 內(nèi)存拷貝, 把要發(fā)送的數(shù)據(jù)填入到這段內(nèi)存當(dāng)中

釋放：那么當(dāng)使用完畢釋放數(shù)據(jù)的空間的時候, 直接釋放就可以了

    /// 銷毀
    free(mbuffer);
    mbuffer = NULL;

2、小結(jié):

使用定長數(shù)組, 作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū), 為了避免造成緩沖區(qū)溢出, 數(shù)組的大小一般設(shè)為足夠的空間 MAX_LENGTH, 而實(shí)際使用過程中, 達(dá)到 MAX_LENGTH 長度的數(shù)據(jù)很少, 那么多數(shù)情況下, 緩沖區(qū)的大部分空間都是浪費(fèi)掉的

但是使用過程很簡單, 數(shù)據(jù)空間的開辟和釋放簡單, 無需程序員考慮額外的操作

3、指針數(shù)據(jù)包(開辟空間, 釋放, 訪問):

如果你將上面的長度為 MAX_LENGTH 的定長數(shù)組換為指針, 每次使用時動態(tài)的開辟 CURR_LENGTH 大小的空間, 那么就避免造成 MAX_LENGTH - CURR_LENGTH 空間的浪費(fèi), 只浪費(fèi)了一個指針域的空間：

數(shù)據(jù)包定義：

struct point_buffer
{
    int     len;
    char    *data;
};

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大?。嚎紤]對齊, 那么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小 >= sizeof(int) + sizeof(char *)

空間分配：但是也造成了使用在分配內(nèi)存時，需采用兩步

    // =====================
    // 指針數(shù)組  占用-開辟-銷毀
    // =====================
    ///  占用
    printf("the length of struct test3:%d\n",sizeof(struct point_buffer));
    ///  開辟
    if ((pbuffer = (struct point_buffer *)malloc(sizeof(struct point_buffer))) != NULL)
    {
        pbuffer->len = CURR_LENGTH;
        if ((pbuffer->data = (char *)malloc(sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
        {
            memcpy(pbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
 
 
            printf("%d, %s\n", pbuffer->len, pbuffer->data);
        }
    }

首先, 需為結(jié)構(gòu)體分配一塊內(nèi)存空間；其次再為結(jié)構(gòu)體中的成員變量分配內(nèi)存空間。

這樣兩次分配的內(nèi)存是不連續(xù)的, 需要分別對其進(jìn)行管理. 當(dāng)使用長度為的數(shù)組時, 則是采用一次分配的原則, 一次性將所需的內(nèi)存全部分配給它。

釋放：相反, 釋放時也是一樣的：

    /// 銷毀
    free(pbuffer->data);
    free(pbuffer);
    pbuffer = NULL;

小結(jié)：

使用指針結(jié)果作為緩沖區(qū), 只多使用了一個指針大小的空間, 無需使用 MAX_LENGTH 長度的數(shù)組, 不會造成空間的大量浪費(fèi)
但那是開辟空間時, 需要額外開辟數(shù)據(jù)域的空間, 施放時候也需要顯示釋放數(shù)據(jù)域的空間, 但是實(shí)際使用過程中, 往往在函數(shù)中開辟空間, 然后返回給使用者指向 struct point_buffer 的指針, 這時候我們并不能假定使用者了解我們開辟的細(xì)節(jié), 并按照約定的操作釋放空間, 因此使用起來多有不便, 甚至造成內(nèi)存泄漏。

4、變長數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(開辟空間, 釋放, 訪問)

定長數(shù)組使用方便, 但是卻浪費(fèi)空間, 指針形式只多使用了一個指針的空間, 不會造成大量空間分浪費(fèi), 但是使用起來需要多次分配, 多次釋放, 那么有沒有一種實(shí)現(xiàn)方式能夠既不浪費(fèi)空間, 又使用方便的呢?

GNU C 的0長度數(shù)組, 也叫變長數(shù)組, 柔性數(shù)組就是這樣一個擴(kuò)展. 對于0長數(shù)組的這個特點(diǎn)，很容易構(gòu)造出變成結(jié)構(gòu)體，如緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)包等等：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：

//  0長度數(shù)組
struct zero_buffer
{
    int     len;
    char    data[0];
};

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大?。哼@樣的變長數(shù)組常用于網(wǎng)絡(luò)通信中構(gòu)造不定長數(shù)據(jù)包, 不會浪費(fèi)空間浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)流量, 因?yàn)閏har data[0]; 只是個數(shù)組名, 是不占用存儲空間的：

sizeof(struct zero_buffer) = sizeof(int)

開辟空間：那么我們使用的時候, 只需要開辟一次空間即可

///  開辟
    if ((zbuffer = (struct zero_buffer *)malloc(sizeof(struct zero_buffer) + sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
    {
        zbuffer->len = CURR_LENGTH;
        memcpy(zbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
 
 
        printf("%d, %s\n", zbuffer->len, zbuffer->data);
    }

釋放空間：釋放空間也是一樣的, 一次釋放即可

    ///  銷毀
    free(zbuffer);
    zbuffer = NULL;

總結(jié)：

// zero_length_array.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
 
#define MAX_LENGTH      1024
#define CURR_LENGTH      512
 
//  0長度數(shù)組
struct zero_buffer
{
    int     len;
    char    data[0];
}__attribute((packed));
 
 
//  定長數(shù)組
struct max_buffer
{
    int     len;
    char    data[MAX_LENGTH];
}__attribute((packed));
 
 
//  指針數(shù)組
struct point_buffer
{
    int     len;
    char    *data;
}__attribute((packed));
 
int main(void)
{
    struct zero_buffer  *zbuffer = NULL;
    struct max_buffer   *mbuffer = NULL;
    struct point_buffer *pbuffer = NULL;
 
 
    // =====================
    // 0長度數(shù)組  占用-開辟-銷毀
    // =====================
    ///  占用
    printf("the length of struct test1:%d\n",sizeof(struct zero_buffer));
    ///  開辟
    if ((zbuffer = (struct zero_buffer *)malloc(sizeof(struct zero_buffer) + sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
    {
        zbuffer->len = CURR_LENGTH;
        memcpy(zbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
 
 
        printf("%d, %s\n", zbuffer->len, zbuffer->data);
    }
    ///  銷毀
    free(zbuffer);
    zbuffer = NULL;
 
 
    // =====================
    // 定長數(shù)組  占用-開辟-銷毀
    // =====================
    ///  占用
    printf("the length of struct test2:%d\n",sizeof(struct max_buffer));
    ///  開辟
    if ((mbuffer = (struct max_buffer *)malloc(sizeof(struct max_buffer))) != NULL)
    {
        mbuffer->len = CURR_LENGTH;
        memcpy(mbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
 
 
        printf("%d, %s\n", mbuffer->len, mbuffer->data);
    }
    /// 銷毀
    free(mbuffer);
    mbuffer = NULL;
 
    // =====================
    // 指針數(shù)組  占用-開辟-銷毀
    // =====================
    ///  占用
    printf("the length of struct test3:%d\n",sizeof(struct point_buffer));
    ///  開辟
    if ((pbuffer = (struct point_buffer *)malloc(sizeof(struct point_buffer))) != NULL)
    {
        pbuffer->len = CURR_LENGTH;
        if ((pbuffer->data = (char *)malloc(sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
        {
            memcpy(pbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
 
 
            printf("%d, %s\n", pbuffer->len, pbuffer->data);
        }
    }
    /// 銷毀
    free(pbuffer->data);
    free(pbuffer);
    pbuffer = NULL;
 
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

GNU Document中變長數(shù)組的支持

參考：

6.17 Arrays of Length Zero

C Struct Hack – Structure with variable length array

在 C90 之前, 并不支持0長度的數(shù)組, 0長度數(shù)組是 GNU C 的一個擴(kuò)展, 因此早期的編譯器中是無法通過編譯的；對于 GNU C 增加的擴(kuò)展, GCC 提供了編譯選項(xiàng)來明確的標(biāo)識出他們:

-pedantic 選項(xiàng)，那么使用了擴(kuò)展語法的地方將產(chǎn)生相應(yīng)的警告信息
-Wall 使用它能夠使GCC產(chǎn)生盡可能多的警告信息
-Werror, 它要求GCC將所有的警告當(dāng)成錯誤進(jìn)行處理

// 1.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
 
int main(void)
{
    char a[0];
    printf("%ld", sizeof(a));
    return EXIT_SUCCESS;
}

我們來編譯：

gcc 1.c -Wall # 顯示所有警告
#none warning and error

gcc 1.c -Wall -pedantic # 對GNU C的擴(kuò)展顯示警告
1.c: In function ‘main’:
1.c:7: warning: ISO C forbids zero-size array ‘a’

gcc 1.c -Werror -Wall -pedantic # 顯示所有警告同時GNU C的擴(kuò)展顯示警告, 將警告用error顯示
cc1: warnings being treated as errors
1.c: In function ‘main’:
1.c:7: error: ISO C forbids zero-size array ‘a’

0長度數(shù)組其實(shí)就是靈活的運(yùn)用的數(shù)組指向的是其后面的連續(xù)的內(nèi)存空間：

struct buffer
{
    int     len;
    char    data[0];
};

在早期沒引入0長度數(shù)組的時候, 大家是通過定長數(shù)組和指針的方式來解決的, 但是：

定長數(shù)組定義了一個足夠大的緩沖區(qū), 這樣使用方便, 但是每次都造成空間的浪費(fèi)

指針的方式, 要求程序員在釋放空間是必須進(jìn)行多次的free操作, 而我們在使用的過程中往往在函數(shù)中返回了指向緩沖區(qū)的指針, 我們并不能保證每個人都理解并遵從我們的釋放方式

所以 GNU 就對其進(jìn)行了0長度數(shù)組的擴(kuò)展. 當(dāng)使用data[0]的時候, 也就是0長度數(shù)組的時候，0長度數(shù)組作為數(shù)組名, 并不占用存儲空間.

在C99之后，也加了類似的擴(kuò)展，只不過用的是 char payload[]這種形式（所以如果你在編譯的時候確實(shí)需要用到-pedantic參數(shù)，那么你可以將char payload[0]類型改成char payload[], 這樣就可以編譯通過了，當(dāng)然你的編譯器必須支持C99標(biāo)準(zhǔn)的，如果太古老的編譯器，那可能不支持了)

// 2.c payload
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
struct payload
{
    int   len;
    char  data[];
};
 
int main(void)
{
    struct payload pay;
    printf("%ld", sizeof(pay));
    return EXIT_SUCCESS;
}

使用 -pedantic 編譯后, 不出現(xiàn)警告, 說明這種語法是 C 標(biāo)準(zhǔn)的

gcc 2.c -pedantic -std=c99

所以結(jié)構(gòu)體的末尾, 就是指向了其后面的內(nèi)存數(shù)據(jù)。因此我們可以很好的將該類型的結(jié)構(gòu)體作為數(shù)據(jù)報(bào)文的頭格式，并且最后一個成員變量，也就剛好是數(shù)據(jù)內(nèi)容了.

GNU手冊還提供了另外兩個結(jié)構(gòu)體來說明，更容易看懂意思：

struct f1 {
    int x;
    int y[];
} f1 = { 1, { 2, 3, 4 } };
 
struct f2 {
    struct f1 f1;
    int data[3];
} f2 = { { 1 }, { 5, 6, 7 } };

我把f2里面的2,3,4改成了5,6,7以示區(qū)分。如果你把數(shù)據(jù)打出來。即如下的信息：

f1.x = 1
f1.y[0] = 2
f1.y[1] = 3
f1.y[2] = 4

也就是f1.y指向的是{2,3,4}這塊內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。所以我們就可以輕易的得到，f2.f1.y指向的數(shù)據(jù)也就是正好f2.data的內(nèi)容了。打印出來的數(shù)據(jù)：

f2.f1.x = 1
f2.f1.y[0] = 5
f2.f1.y[1] = 6
f2.f1.y[2] = 7

如果你不是很確認(rèn)其是否占用空間. 你可以用sizeof來計(jì)算一下。就可以知道sizeof(struct f1)=4,也就是int y[]其實(shí)是不占用空間的。但是這個0長度的數(shù)組，必須放在結(jié)構(gòu)體的末尾。如果你沒有把它放在末尾的話。編譯的時候，會有如下的錯誤：

main.c:37:9: error: flexible array member not at end of struct
int y[];
^

到這邊，你可能會有疑問，如果將struct f1中的int y[]替換成int *y，又會是如何？這就涉及到數(shù)組和指針的問題了. 有時候吧，這兩個是一樣的，有時候又有區(qū)別。

首先要說明的是，支持0長度數(shù)組的擴(kuò)展，重點(diǎn)在數(shù)組，也就是不能用int *y指針來替換。sizeof的長度就不一樣了。把struct f1改成這樣：

struct f3 {
    int x;
    int *y;
};

在32/64位下, int均是4個字節(jié), sizeof(struct f1)=4，而sizeof(struct f3)=16

因?yàn)?int *y 是指針, 指針在64位下, 是64位的， sizeof(struct f3) = 16, 如果在32位環(huán)境的話, sizeof(struct f3) 則是 8 了, sizeof(struct f1) 不變. 所以 int *y 是不能替代 int y[] 的;

代碼如下:

// 3.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
 
struct f1 {
    int x;
    int y[];
} f1 = { 1, { 2, 3, 4 } };
 
struct f2 {
    struct f1 f1;
    int data[3];
} f2 = { { 1 }, { 5, 6, 7 } };
 
 
struct f3
{
    int x;
    int *y;
};
 
int main(void)
{
    printf("sizeof(f1) = %d\n", sizeof(struct f1));
    printf("sizeof(f2) = %d\n", sizeof(struct f2));
    printf("szieof(f3) = %d\n\n", sizeof(struct f3));
 
    printf("f1.x = %d\n", f1.x);
    printf("f1.y[0] = %d\n", f1.y[0]);
    printf("f1.y[1] = %d\n", f1.y[1]);
    printf("f1.y[2] = %d\n", f1.y[2]);
 
 
    printf("f2.f1.x = %d\n", f1.x);
    printf("f2.f1.y[0] = %d\n", f2.f1.y[0]);
    printf("f2.f1.y[1] = %d\n", f2.f1.y[1]);
    printf("f2.f1.y[2] = %d\n", f2.f1.y[2]);
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

0長度數(shù)組的其他特征

1、為什么0長度數(shù)組不占用存儲空間:

0長度數(shù)組與指針實(shí)現(xiàn)有什么區(qū)別呢, 為什么0長度數(shù)組不占用存儲空間呢?

其實(shí)本質(zhì)上涉及到的是一個C語言里面的數(shù)組和指針的區(qū)別問題. char a[1]里面的a和char *b的b相同嗎？

《 Programming Abstractions in C》（Roberts, E. S.，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.6）82頁里面說：

“arr is defined to be identical to &arr[0]”.

也就是說，char a[1]里面的a實(shí)際是一個常量，等于&a[0]。而char *b是有一個實(shí)實(shí)在在的指針變量b存在。所以，a=b是不允許的，而b=a是允許的。兩種變量都支持下標(biāo)式的訪問，那么對于a[0]和b[0]本質(zhì)上是否有區(qū)別？我們可以通過一個例子來說明。

參見如下兩個程序 gdb_zero_length_array.c 和 gdb_zero_length_array.c：

//  gdb_zero_length_array.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
struct str
{
    int len;
    char s[0];
};
 
struct foo
{
    struct str *a;
};
 
int main(void)
{
    struct foo f = { NULL };
 
    printf("sizeof(struct str) = %d\n", sizeof(struct str));
 
    printf("before f.a->s.\n");
    if(f.a->s)
    {
        printf("before printf f.a->s.\n");
        printf(f.a->s);
        printf("before printf f.a->s.\n");
    }
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

//  gdb_pzero_length_array.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
struct str
{
    int len;
    char *s;
};
 
struct foo
{
    struct str *a;
};
 
int main(void)
{
    struct foo f = { NULL };
 
    printf("sizeof(struct str) = %d\n", sizeof(struct str));
 
    printf("before f.a->s.\n");
 
    if (f.a->s)
    {
        printf("before printf f.a->s.\n");
        printf(f.a->s);
        printf("before printf f.a->s.\n");
    }
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

可以看到這兩個程序雖然都存在訪問異常, 但是段錯誤的位置卻不同

我們將兩個程序編譯成匯編, 然戶 diff 查看他們的匯編代碼有何不同

gcc -S gdb_zero_length_array.c -o gdb_test.s
gcc -S gdb_pzero_length_array.c -o gdb_ptest
diff gdb_test.s gdb_ptest.s

1c1
< .file "gdb_zero_length_array.c"
---
> .file "gdb_pzero_length_array.c"
23c23
< movl $4, %esi
---
> movl $16, %esi
30c30
< addq $4, %rax
---
> movq 8(%rax), %rax
36c36
< addq $4, %rax
---
> movq 8(%rax), %rax

# printf("sizeof(struct str) = %d\n", sizeof(struct str));
23c23
< movl $4, %esi #printf("sizeof(struct str) = %d\n", sizeof(struct str));
---
> movl $16, %esi #printf("sizeof(struct str) = %d\n", sizeof(struct str));

從64位系統(tǒng)中, 匯編我們看出, 變長數(shù)組結(jié)構(gòu)的大小為4, 而指針形式的結(jié)構(gòu)大小為16：

f.a->s
30c30/36c36
< addq $4, %rax
---
> movq 8(%rax), %rax

可以看到有：

對于 char s[0] 來說, 匯編代碼用了 addq 指令, addq $4, %rax
對于 char*s 來說，匯編代碼用了 movq 指令, movq 8(%rax), %rax

addq 對 %rax + sizeof(struct str), 即str結(jié)構(gòu)的末尾即是char s[0]的地址, 這一步只是拿到了其地址, 而 movq 則是把地址里的內(nèi)容放進(jìn)去, 因此有時也被翻譯為leap指令, 參見下一列子

從這里可以看到, 訪問成員數(shù)組名其實(shí)得到的是數(shù)組的相對地址, 而訪問成員指針其實(shí)是相對地址里的內(nèi)容(這和訪問其它非指針或數(shù)組的變量是一樣的)：

訪問相對地址，程序不會crash，但是，訪問一個非法的地址中的內(nèi)容，程序就會crash。

// 4-1.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(void)
{
 
    char *a;
    printf("%p\n", a);
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

//4-2.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(void)
{
 
    char a[0];
    printf("%p\n", a);
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

對于 char a[0] 來說, 匯編代碼用了 leal 指令, leal 16(%esp), %eax：

對于 char *a 來說，匯編代碼用了 movl 指令, movl 28(%esp), %eax

2、地址優(yōu)化:

// 5-1.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(void)
{
 
    char a[0];
    printf("%p\n", a);
 
    char b[0];
    printf("%p\n", b);
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

由于0長度數(shù)組是 GNU C 的擴(kuò)展, 不被標(biāo)準(zhǔn)庫任可, 那么一些巧妙編寫的詭異代碼, 其執(zhí)行結(jié)果就是依賴于編譯器和優(yōu)化策略的實(shí)現(xiàn)的.

比如上面的代碼, a和b的地址就會被編譯器優(yōu)化到一處, 因?yàn)閍[0] 和 b[0] 對于程序來說是無法使用的, 這讓我們想到了什么?

編譯器對于相同字符串常量, 往往地址也是優(yōu)化到一處, 減少空間占用：

//  5-2.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(void)
{
 
    const char *a = "Hello";
    printf("%p\n", a);
 
    const char *b = "Hello";
    printf("%p\n", b);
 
    const char c[] = "Hello";
    printf("%p\n", c);
 
    return EXIT_SUCCESS;
}