【Linux C小技巧】零长度数组的使用

本期主题：
讲清Linux C的零长度数组使用，内容包括：

1. 零长度数组是什么原理
2. 为什么要使用零长度数组
3. 与指针的差异

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往期链接：

• 数据结构系列——先进先出队列queue
• 数据结构系列——栈 stack
• Linux内核链表

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0.前言

有时候我们在看代码时，会有这种结构体，定义了一个数组长度为0的数组，如下面代码，我初次看见时非常疑惑，那么零长度数组的意义是什么呢？

typedef struct {
	int a;
	uint8_t c[0];
} test_a;

1.零长度数组原理

1. 长度为0的数组在标准c和c++中是不允许的，如果使用长度为0的数组，编译时会产生错误，提示数组长度不能为0
2. 但在GNU C中，这种用法却是合法的。它的最典型的用法就是位于数组中的最后一项，如上面所示，这样做主要是为了方便内存缓冲区的管理

2.零长度数组特点1：不占空间

看下面这段代码：设计一个包含零长度数组的结构体test_a，还有一个包含指针的结构体test_c

#include 
#include 
#include 

typedef struct {
	int a;
	uint8_t c[0];
} test_a;

typedef struct {
	int b;
} test_b;

/*这里使用packed,是因为我编译环境是64位
 *如果不用packed,担心影响大家判断
 */
typedef struct {
	int 	c;
	uint8_t *ptr;
} __attribute__ ((packed)) test_c;

int main(void)
{
	test_a a;
	test_b b;
	test_c c;
	printf("sizeof test_a: %ld, sizeof test_b: %ld, sizeof test_c: %ld\n",
			sizeof(a), sizeof(b), sizeof(c));
	return 0;
}

测试结果：

$ ./a.out
sizeof test_a: 4, sizeof test_b: 4, sizeof test_c: 12

结论：

可以看出，零长度数组是不占用空间的，这是它优于指针的一个点

3.零长度数组特点2：分配的空间可以连续

设想一个这样的场景，需要设计发送消息的代码，消息包括消息头和payload字段，有两种设计方式：

typedef struct {
	msg_head_t msg_head;
	uint8_t    data[0];
} msg_t;

typedef struct {
	msg_head_t msg_head;
	uint8_t    *data;
} msg_t;

你觉得哪种更好？

从底层发送接口的角度来考虑，设计函数时，有一个消息的整体指针作为入参就可以了，所以当然是第一种数据连续的底层更好适配。这是零长度数组的第二个特点，比指针更为灵活，空间连续
看测试代码：

#include 
#include 
#include 
#include 

typedef struct _msg_a {
	int 	len;
	uint8_t data[0];
} msg_a_t;

typedef struct _msg_b {
	int 	len;
	uint8_t *data;
} msg_b_t;

int main(void)
{
	int data_len = 10;
	msg_a_t *ptr_msg_a = (msg_a_t *)malloc(sizeof(msg_a_t) + data_len);
	msg_b_t *ptr_msg_b = (msg_b_t *)malloc(sizeof(msg_b_t));
	ptr_msg_b->data = malloc(data_len);
	
	printf("a: %p, a_data: %p, b: %p, b_data: %p\n",
			ptr_msg_a, ptr_msg_a->data, ptr_msg_b, ptr_msg_b->data);
	return 0;
}

结果：

$ ./a.out
a: 0x560958fb1260, a_data: 0x560958fb1264, b: 0x560958fb1280, b_data: 0x560958fb12a0

能看出零长度数组确实是连续空间，符合预期。

参考自 嵌入式C语言自我修养 05：零长度数组