c 结构体中的变长数组

在Linux系统里，/usr/include/linux/if_pppox.h里面有这样一个结构：

struct pppoe_tag {

__u16 tag_type;

__u16 tag_len;

char tag_data[0];

} __attribute ((packed));

最后一个成员为可变长的数组，对于TLV（Type-Length-Value）形式的结构，或者其他需要变长度的结构体，用这种方式定义最好。使用起来非常方便，创建时，malloc一段结构体大小加上可变长数据长度的空间给它，可变长部分可按数组的方式访问，释放时，直接把整个结构体free掉就可以了。例子如下：

struct pppoe_tag *sample_tag;

__u16 sample_tag_len = 10;

sample_tag = (struct pppoe_tag *)malloc(sizeof(struct pppoe_tag)+sizeof(char)*sample_tag_len);

sample_tag->tag_type = 0xffff;

sample_tag->tag_len = sample_tag_len;

sample_tag->tag_data[0]=....

...

释放时，

free(sample_tag)

是否可以用 char *tag_data 代替呢？其实它和 char *tag_data 是有很大的区别，为了说明这个问题，我写了以下的程序：

例：test_size.c

10  struct tag1

20  {

30      int a;

40      int b;

50  }__attribute ((packed));

60

70  struct tag2

80  {

90      int a;

100     int b;

110     char *c;

120  }__attribute ((packed));

130

140  struct tag3

150  {

160      int a;

170      int b;

180      char c[0];

190  }__attribute ((packed));

200

210  struct tag4

220  {

230      int a;

240      int b;

250      char c[1];

260  }__attribute ((packed));

270

280  int main()

290  {

300      struct tag2 l_tag2;

310      struct tag3 l_tag3;

320      struct tag4 l_tag4;

330

340      memset(&l_tag2,0,sizeof(struct tag2));

350      memset(&l_tag3,0,sizeof(struct tag3));

360      memset(&l_tag4,0,sizeof(struct tag4));

370

380      printf("size of tag1 = %d\n",sizeof(struct tag1));

390      printf("size of tag2 = %d\n",sizeof(struct tag2));

400      printf("size of tag3 = %d\n",sizeof(struct tag3));

410

420      printf("l_tag2 = %p,&l_tag2.c = %p,l_tag2.c = %p\n",&l_tag2,&l_tag2.c,l_tag2.c);

430      printf("l_tag3 = %p,l_tag3.c = %p\n",&l_tag3,l_tag3.c);

440      printf("l_tag4 = %p,l_tag4.c = %p\n",&l_tag4,l_tag4.c);

450      exit(0);

460  }

__attribute ((packed)) 是为了强制不进行字节对齐，这样比较容易说明问题。

程序的运行结果如下：

size of tag1 = 8

size of tag2 = 12

size of tag3 = 8

size of tag4 = 9

l_tag2 = 0xbffffad0,&l_tag2.c = 0xbffffad8,l_tag2.c = (nil)

l_tag3 = 0xbffffac8,l_tag3.c = 0xbffffad0

l_tag4 = 0xbffffabc,l_tag4.c = 0xbffffac4

从上面程序和运行结果可以看出：tag1本身包括两个位整数，所以占了8个字节的空间。tag2包括了两个位的整数，外加一个char *的指针，所以占了12个字节。tag3才是真正看出char c[0]和char *c的区别，char c[0]中的c并不是指针，是一个偏移量，这个偏移量指向的是a、b后面紧接着的空间，所以它其实并不占用任何空间。tag4更加补充说明了这一点。所以，上面的struct pppoe_tag的最后一个成员如果用char *tag_data定义，除了会占用多个字节的指针变量外，用起来会比较不方便：方法一，创建时，可以首先为struct pppoe_tag分配一块内存，再为tag_data分配内存，这样在释放时，要首先释放tag_data占用的内存，再释放pppoe_tag占用的内存；方法二，创建时，直接为struct pppoe_tag分配一块struct pppoe_tag大小加上tag_data的内存，从例一的行可以看出，tag_data的内容要进行初始化，要让tag_data指向strct pppoe_tag后面的内存。

struct pppoe_tag {

__u16 tag_type;

__u16 tag_len;

char *tag_data;

} __attribute ((packed));

struct pppoe_tag *sample_tag;

__u16 sample_tag_len = 10;

方法一：

sample_tag = (struct pppoe_tag *)malloc(sizeof(struct pppoe_tag));

sample_tag->tag_len = sample_tag_len;

sample_tag->tag_data = malloc(sizeof(char)*sample_tag_len);

sample_tag->tag_data[0]=...

释放时：

free(sample_tag->tag_data);

free(sample_tag);

方法二：

sample_tag = (struct pppoe_tag *)malloc(sizeof(struct pppoe_tag)+sizeof(char)*sample_tag_len);

sample_tag->tag_len = sample_tag_len;

sample_tag->tag_data = ((char *)sample_tag)+sizeof(struct pppoe_tag);

sample_tag->tag_data[0]=...

释放时：

free(sample_tag);

所以无论使用那种方法，都没有char tag_data[0]这样的定义来得方便。

讲了这么多，其实本质上涉及到的是一个C语言里面的数组和指针的区别问题。char a[1]里面的a和char *b的b相同吗？《Programming Abstractions in C》（Roberts, E.S.，机械工业出版社，.6）页里面说：“arr is defined to be identical to &arr[0]”。也就是说，char a[1]里面的a实际是一个常量，等于&a[0]。而char *b是有一个实实在在的指针变量b存在。所以，a=b是不允许的，而b=a是允许的。两种变量都支持下标式的访问，那么对于a[0]和b[0]本质上是否有区别？我们可以通过一个例子来说明。

例二：

10  #include <stdio.h>

20  #include <stdlib.h>

30

40  int main()

50  {

60      char a[10];

70      char *b;

80

90      a[2]=0xfe;

100     b[2]=0xfe;

110     exit(0);

120  }

编译后，用objdump可以看到它的汇编：

080483f0 <main>:

80483f0:       55                      push   %ebp

80483f1:       89 e5                   mov    %esp,%ebp

80483f3:       83 ec 18                sub    $0x18,%esp

80483f6:       c6 45 f6 fe             movb   $0xfe,0xfffffff6(%ebp)

80483fa:       8b 45 f0                mov    0xfffffff0(%ebp),%eax

80483fd:       83 c0 02                add    $0x2,%eax

8048400:       c6 00 fe                movb   $0xfe,(%eax)

8048403:       83 c4 f4                add    $0xfffffff4,%esp

8048406:       6a 00                   push   $0x0

8048408:       e8 f3 fe ff ff          call   8048300 <_init+0x68>

804840d:       83 c4 10                add    $0x10,%esp

8048410:       c9                      leave

8048411:       c3                      ret

8048412:       8d b4 26 00 00 00 00    lea    0x0(%esi,1),%esi

8048419:       8d bc 27 00 00 00 00    lea    0x0(%edi,1),%edi

可以看出，a[2]＝xfe是直接寻址，直接将xfe写入&a[0]+2的地址，而b[2]=0xfe是间接寻址，先将b的内容（地址）拿出来，加，再xfe写入计算出来的地址。所以a[0]和b[0]本质上是不同的。但当数组作为参数时，和指针就没有区别了。

int do1(char a[],int len);

int do2(char *a,int len);

这两个函数中的a并无任何区别。都是实实在在存在的指针变量。

顺便再说一下，对于struct pppoe_tag的最后一个成员的定义是char tag_data[0]，某些编译器不支持长度为0的数组的定义，在这种情况下，只能将它定义成char tag_data[1]，使用方法相同。