【C语言高级编程】你见过长度为0的数组吗？管你信不信，看就完了！

一、什么是零长度数组

零长度数组就是长度为0的数组。

ANSI C 标准规定：定义一个数组时，数组的长度必须是一个常数，即数组的长度在编译的时候是确定的。在ANSI C 中定义一个数组的方法如下：

类型数组名[数组元素个数];

int array[10];

C99 新标准规定：可以定义一个变长数组。

int len;

scanf("%d", &len);

int array[len];

也就是说，数组的长度在编译时是未确定的，在程序运行的时候才确定，甚至可以由用户指定大小。比如，我们可以定义一个数组，然后在程序运行时才指定这个数组的大小，还可以通过输入数据来初始化数组。

程序示例：

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int len;

int i = 0;

printf("please input a length: ");

scanf("%d", &len);

int a[len];

for (i = 0; i < len; i++)

{

a[i] = i + 1;

}

for (i = 0; i < len; i++)

{

printf("a[%d] = %d\n", i, a[i]);

}

return 0;

}

执行结果：

deng@itcast:~/tmp$ gcc 7.c

deng@itcast:~/tmp$ ./a.out

please input a length: 10

a[0] = 1

a[1] = 2

a[2] = 3

a[3] = 4

a[4] = 5

a[5] = 6

a[6] = 7

a[7] = 8

a[8] = 9

a[9] = 10

————————————

在这个程序中，我们定义一个变量 len，作为数组的长度。程序运行后，我们可以通过输入指定数组的长度并初始化，最后再将数组的元素输出来。

我们在程序中定义一个零长度数组，你会发现除了 GCC 编译器，在其它编译环境下可能就编译通不过或者有警告信息。零长度数组的定义如下：

#include <stdio.h>

int main(void)

{

//定义长度为零的数组

int a[0];

return 0;

}

————————————

零长度数组有一个奇特的地方，就是它不占用内存存储空间。我们使用 sizeof 关键字来查看一下零长度数组在内存中所占存储空间的大小。

程序示例：

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int a[0];

printf("sizeof(a): %lu\n", sizeof(a));

return 0;

}

执行结果：

deng@itcast:~/tmp$ gcc 7.c

deng@itcast:~/tmp$ ./a.out

sizeof(a): 0

————————————

我们定义一个零长度数组，使用 sizeof 查看其大小可以看到：零长度数组在内存中不占用空间，大小为0。

零长度数组一般单独使用的机会很少，它常常作为结构体的一个成员，构成一个变长结构体。

程序示例：

#include <stdio.h>

struct student

{

int id;

char sex;

int a[0];

};

int main(void)

{

int a[0];

printf("sizeof(struct): %lu\n", sizeof(struct student));

return 0;

}

执行结果：

deng@itcast:~/tmp$ gcc 7.c

deng@itcast:~/tmp$ ./a.out

sizeof(struct): 8

————————————

零长度数组在结构体中同样不占用存储空间，所以 student结构体的大小为8。

二、零长度数组应用

零长度数组经常以变长结构体的形式，在某些特殊的应用场合，被程序员使用。在一个变长结构体中，零长度数组不占用结构体的存储空间，但是我们可以通过使用结构体的成员 a 去访问内存，非常方便。

程序示例：

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

struct student

{

int id;

char sex;

char a[0];

};

int main(void)

{

struct student *s = NULL;

s = malloc(sizeof(struct student) + 20);

if (NULL == s)

{

printf("malloc failed..\n");

return 1;

}

memset(s, 0, sizeof(struct student) + 20);

s->id = 1;

s->sex = 'M';

strcpy(s->a, "hello world");

printf("id: %d sex: %c a: %s\n", s->id, s->sex, s->a);

free(s);

return 0;

}

执行结果：

deng@itcast:~/tmp$ gcc 7.c

deng@itcast:~/tmp$ ./a.out

id: 1 sex: M a: hello world

————————————

在这个程序中，我们使用 malloc 申请一片内存，大小为 sizeof(buffer) + 20，即28个字节大小。其中8个字节用来存储结构体指针 student 指向的结构体类型变量，另外20个字节空间，才是我们真正使用的内存空间。我们可以通过结构体成员 a，直接访问这片内存。

通过这种灵活的动态内存申请方式，这个 student结构体表示的一片内存缓冲区，就可以随时调整，可大可小。

这个特性，在一些场合非常有用。比如，现在很多在线视频网站，都支持多种格式的视频播放：普清、高清、超清、1080P、蓝光甚至4K。

如果我们本地程序需要在内存中申请一个 buffer 用来缓存解码后的视频数据，那么，不同的播放格式，需要的 buffer 大小是不一样的。

如果我们按照 4K 的标准去申请内存，那么当播放普清视频时，就用不了这么大的缓冲区，白白浪费内存。

而使用变长结构体，我们就可以根据用户的播放格式设置，灵活地申请不同大小的 buffer，大大节省了内存空间。

三、指针可以代替零长度数组?

大家在各种场合，可能常常会看到这样的字眼：数组名在作为函数参数进行参数传递时，就相当于是一个指针。

在这里，我们千万别被这句话迷惑了：数组名在作为函数参数传递时，确实传递的是一个地址，但数组名绝不是指针，两者不是同一个东西。

数组名用来表征一块连续内存存储空间的地址，而指针是一个变量，编译器要给它单独再分配一个内存空间，用来存放它指向的变量的地址。

我们看下面这个程序。

程序示例：

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

struct s1

{

int len;

int a[0];

};

struct s2

{

int len;

int *a;

};

int main(void)

{

printf("sizeof(s1): %lu\n", sizeof(struct s1));

printf("sizeof(s2): %lu\n", sizeof(struct s2));

return 0;

}

执行结果：

deng@itcast:~/tmp$ ./a.out

sizeof(s1): 4

sizeof(s2): 16

————————————

对于一个指针变量，编译器要为这个指针变量单独分配一个存储空间，然后在这个存储空间上存放另一个变量的地址，我们就说这个指针指向这个变量。而数组名，编译器不会再给其分配一个存储空间的，它仅仅是一个符号，跟函数名一样，用来表示一个地址。

程序示例：

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

int a[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

int b[0];

int *p = &a[5];

int main(void)

{

return 0;

}

在这个程序中，我们分别定义一个普通数组、一个零长度数组和一个指针变量。其中这个指针变量 p 的值为 a[5] 这个数组元素的地址，也就是说指针 p 指向 a[5]。我们接着对这个程序使用 arm 交叉编译器进行编译，并进行反汇编。

deng@itcast:~/tmp$ arm-linux-gcc 7.c -o a.out

deng@itcast:~/tmp$ arm-linux-objdump -D a.out > a.dis

deng@itcast:~/tmp$

————————————

从反汇编生成的汇编代码中，我们找到 array1 和指针变量 p 的汇编代码。

00011024 <a>:

11024: 00000001 andeq r0, r0, r1

11028: 00000002 andeq r0, r0, r2

1102c: 00000003 andeq r0, r0, r3

11030: 00000004 andeq r0, r0, r4

11034: 00000005 andeq r0, r0, r5

11038: 00000006 andeq r0, r0, r6

1103c: 00000007 andeq r0, r0, r7

11040: 00000008 andeq r0, r0, r8

11044: 00000009 andeq r0, r0, r9

11048: 00000000 andeq r0, r0, r0

0001104c <p>:

1104c: 00011038 andeq r1, r1, r8, lsr r0

Disassembly of section .bss:

————————————

从汇编代码中，可以看到，对于长度为10的数组 a[10]，编译器给它分配了从 0x11024–0x11048 一共40个字节的存储空间，但并没有给数组名 a单独分配存储空间，数组名 a仅仅表示这40个连续存储空间的首地址，即数组元素 a[0] 的地址。

而对于 a[0] 这个零长度数组，编译器并没有给它分配存储空间，此时的 a仅仅是一个符号，用来表示内存中的某个地址，我们可以通过查看可执行文件 a.out 的符号表来找到这个地址值。

78: 000082d4 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 _start

79: 000082bc 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@@GLIBC_

80: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __gmon_start__

81: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _Jv_RegisterClasses

82: 00008408 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 13 _fini

83: 0001104c 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 22 p

84: 00008410 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 14 _IO_stdin_used

85: 0001101c 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 22 __data_start

86: 00011050 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start__

87: 0000841c 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __exidx_end

88: 00011024 40 OBJECT GLOBAL DEFAULT 22 a

89: 00011020 0 OBJECT GLOBAL HIDDEN 22 __dso_handle

90: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __end__

91: 0000839c 104 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 __libc_csu_init

92: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_end__

93: 00011050 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start

94: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _bss_end__

95: 00011054 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT 23 b

96: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _end

97: 00011050 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _edata

98: 00008414 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __exidx_start

99: 00008380 28 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 main

100: 00008290 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 10 _init

————————————

从符号表里可以看到，b 的地址为 0x11054，在程序 bss 段的后面。b符号表示的默认地址是一片未使用的内存空间，仅此而已，编译器绝不会单独再给其分配一个内存空间来存储数组名。

看到这里，也许你就明白了：数组名和指针并不是一回事，数组名虽然在作为函数参数时，可以当一个地址使用，但是两者不能划等号。菜刀有时候可以当武器用，但是你不能说菜刀就是武器。

至于为什么不用指针，很简单。使用指针的话，指针本身也会占用存储空间不说，根据上面的 USB 驱动的案例分析，你会发现，它远远没有零长度数组用得巧妙——不会对结构体定义造成冗余，而且使用起来也很方便。

—— END ——

看到这里你是不是对C语言又有了一点新的认知呢~

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