00. 目錄

文章目錄

• • 00. 目錄
  • 01. 什么是零長度數組
  • 02. 零長度數組應用
  • 03. 內核中的零長度數組
  • 04. 指針可以代替零長度數組?
  • 05. 附錄

01. 什么是零長度數組

零長度數組就是長度為0的數組。

ANSI C 標準規定：定義一個數組時，數組的長度必須是一個常數，即數組的長度在編譯的時候是確定的。在ANSI C 中定義一個數組的方法如下：

類型 數組名[數組元素個數];int array[10];

C99 新標準規定：可以定義一個變長數組。

int len; scanf("%d", &len); int array[len];

也就是說，數組的長度在編譯時是未確定的，在程序運行的時候才確定，甚至可以由用戶指定大小。比如，我們可以定義一個數組，然后在程序運行時才指定這個數組的大小，還可以通過輸入數據來初始化數組。

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; }

執行結果

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

在這個程序中，我們定義一個變量 len，作為數組的長度。程序運行后，我們可以通過輸入指定數組的長度并初始化，最后再將數組的元素輸出來。

我們在程序中定義一個零長度數組，你會發現除了 GCC 編譯器，在其它編譯環境下可能就編譯通不過或者有警告信息。零長度數組的定義如下：

#include <stdio.h>int main(void) {//定義長度為零的數組int a[0];return 0; }

零長度數組有一個奇特的地方，就是它不占用內存存儲空間。我們使用 sizeof 關鍵字來查看一下零長度數組在內存中所占存儲空間的大小。

程序示例

#include <stdio.h>int main(void) {int a[0];printf("sizeof(a): %lu\n", sizeof(a));return 0; }

執行結果

deng@itcast:~/tmp$ gcc 7.c deng@itcast:~/tmp$ ./a.out sizeof(a): 0

我們定義一個零長度數組，使用 sizeof 查看其大小可以看到：零長度數組在內存中不占用空間，大小為0。

零長度數組一般單獨使用的機會很少，它常常作為結構體的一個成員，構成一個變長結構體。

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; }

執行結果

deng@itcast:~/tmp$ gcc 7.c deng@itcast:~/tmp$ ./a.out sizeof(struct): 8

零長度數組在結構體中同樣不占用存儲空間，所以 student結構體的大小為8。

02. 零長度數組應用

零長度數組經常以變長結構體的形式，在某些特殊的應用場合，被程序員使用。在一個變長結構體中，零長度數組不占用結構體的存儲空間，但是我們可以通過使用結構體的成員 a 去訪問內存，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; }

執行結果

deng@itcast:~/tmp$ gcc 7.c deng@itcast:~/tmp$ ./a.out id: 1 sex: M a: hello world

在這個程序中，我們使用 malloc 申請一片內存，大小為 sizeof(buffer) + 20，即28個字節大小。其中8個字節用來存儲結構體指針 student 指向的結構體類型變量，另外20個字節空間，才是我們真正使用的內存空間。我們可以通過結構體成員 a，直接訪問這片內存。

通過這種靈活的動態內存申請方式，這個 student結構體表示的一片內存緩沖區，就可以隨時調整，可大可小。這個特性，在一些場合非常有用。比如，現在很多在線視頻網站，都支持多種格式的視頻播放：普清、高清、超清、1080P、藍光甚至4K。如果我們本地程序需要在內存中申請一個 buffer 用來緩存解碼后的視頻數據，那么，不同的播放格式，需要的 buffer 大小是不一樣的。如果我們按照 4K 的標準去申請內存，那么當播放普清視頻時，就用不了這么大的緩沖區，白白浪費內存。而使用變長結構體，我們就可以根據用戶的播放格式設置，靈活地申請不同大小的 buffer，大大節省了內存空間。

03. 內核中的零長度數組

零長度數組在內核中，一般以變長結構體的形式使用。今天我們就分析一下 Linux 內核中的 USB 驅動。在網卡驅動中，大家可能都比較熟悉一個名字：套接字緩沖區，即 socket buffer，用來傳輸網絡數據包。同樣，在 USB 驅動中，也有一個類似的東西，叫 URB，其全名為 USB request block，即 USB 請求塊，用來傳輸 USB 數據包。

linux-headers-5.4.0-33/include/linux/usb.h

struct urb {/* private: usb core and host controller only fields in the urb */struct kref kref; /* reference count of the URB */int unlinked; /* unlink error code */void *hcpriv; /* private data for host controller */atomic_t use_count; /* concurrent submissions counter */atomic_t reject; /* submissions will fail *//* public: documented fields in the urb that can be used by drivers */struct list_head urb_list; /* list head for use by the urb's* current owner */struct list_head anchor_list; /* the URB may be anchored */struct usb_anchor *anchor;struct usb_device *dev; /* (in) pointer to associated device */struct usb_host_endpoint *ep; /* (internal) pointer to endpoint */unsigned int pipe; /* (in) pipe information */unsigned int stream_id; /* (in) stream ID */int status; /* (return) non-ISO status */unsigned int transfer_flags; /* (in) URB_SHORT_NOT_OK | ...*/void *transfer_buffer; /* (in) associated data buffer */dma_addr_t transfer_dma; /* (in) dma addr for transfer_buffer */struct scatterlist *sg; /* (in) scatter gather buffer list */int num_mapped_sgs; /* (internal) mapped sg entries */int num_sgs; /* (in) number of entries in the sg list */u32 transfer_buffer_length; /* (in) data buffer length */u32 actual_length; /* (return) actual transfer length */unsigned char *setup_packet; /* (in) setup packet (control only) */dma_addr_t setup_dma; /* (in) dma addr for setup_packet */int start_frame; /* (modify) start frame (ISO) */int number_of_packets; /* (in) number of ISO packets */int interval; /* (modify) transfer interval* (INT/ISO) */int error_count; /* (return) number of ISO errors */void *context; /* (in) context for completion */usb_complete_t complete; /* (in) completion routine */struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];/* (in) ISO ONLY */ };

在這個結構體內定義了 USB 數據包的傳輸方向、傳輸地址、傳輸大小、傳輸模式等。這些細節我們不深究，我們只看最后一個成員：

struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];

在 URB 結構體的最后，定義一個零長度數組，主要用于 USB 的同步傳輸。USB 有4種傳輸模式：中斷傳輸、控制傳輸、批量傳輸和同步傳輸。不同的 USB 設備對傳輸速度、傳輸數據安全性的要求不同，所采用的傳輸模式是不同的。USB 攝像頭對視頻或圖像的傳輸實時性要求較高，對數據的丟幀不是很在意，丟一幀無所謂 ，接著往下傳。所以 USB 攝像頭采用的是 USB 同步傳輸模式。

現在淘寶上的 USB 攝像頭，打開它的說明書，一般會支持多種分辨率：從16*16到高清720P多種格式。不同分辨率的視頻傳輸，對于一幀圖像數據，對 USB 的傳輸數據包的大小和個數需求是不一樣的。那USB到底該如何設計，去適配這種不同大小的數據傳輸要求，但又不影響 USB 的其它傳輸模式呢？答案就在結構體內的這個零長度數組上。

當用戶設置不同的分辨率傳輸視頻，USB 就需要使用不同大小和個數的數據包來傳輸一幀視頻數據。通過零長度數組構成的這個變長結構體就可以滿足這個要求。可以根據一幀圖像數據的大小，靈活地去申請內存空間，滿足不同大小的數據傳輸。但這個零長度數組又不占用結構體的存儲空間，當 USB 使用其它模式傳輸時，不受任何影響，完全可以當這個零長度數組不存在。所以，不得不說，這樣的設計真是妙！

04. 指針可以代替零長度數組?

大家在各種場合，可能常常會看到這樣的字眼：數組名在作為函數參數進行參數傳遞時，就相當于是一個指針。在這里，我們千萬別被這句話迷惑了：數組名在作為函數參數傳遞時，確實傳遞的是一個地址，但數組名絕不是指針，兩者不是同一個東西。數組名用來表征一塊連續內存存儲空間的地址，而指針是一個變量，編譯器要給它單獨再分配一個內存空間，用來存放它指向的變量的地址。我們看下面這個程序。
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; }

執行結果

deng@itcast:~/tmp$ ./a.out sizeof(s1): 4 sizeof(s2): 16

對于一個指針變量，編譯器要為這個指針變量單獨分配一個存儲空間，然后在這個存儲空間上存放另一個變量的地址，我們就說這個指針指向這個變量。而數組名，編譯器不會再給其分配一個存儲空間的，它僅僅是一個符號，跟函數名一樣，用來表示一個地址。

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; }

在這個程序中，我們分別定義一個普通數組、一個零長度數組和一個指針變量。其中這個指針變量 p 的值為 a[5] 這個數組元素的地址，也就是說指針 p 指向 a[5]。我們接著對這個程序使用 arm 交叉編譯器進行編譯，并進行反匯編。

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$

從反匯編生成的匯編代碼中，我們找到 array1 和指針變量 p 的匯編代碼。

00011024 <a>:11024: 00000001 andeq r0, r0, r111028: 00000002 andeq r0, r0, r21102c: 00000003 andeq r0, r0, r311030: 00000004 andeq r0, r0, r411034: 00000005 andeq r0, r0, r511038: 00000006 andeq r0, r0, r61103c: 00000007 andeq r0, r0, r711040: 00000008 andeq r0, r0, r811044: 00000009 andeq r0, r0, r911048: 00000000 andeq r0, r0, r00001104c <p>:1104c: 00011038 andeq r1, r1, r8, lsr r0Disassembly of section .bss:

從匯編代碼中，可以看到，對于長度為10的數組 a[10]，編譯器給它分配了從 0x11024–0x11048 一共40個字節的存儲空間，但并沒有給數組名 a單獨分配存儲空間，數組名 a僅僅表示這40個連續存儲空間的首地址，即數組元素 a[0] 的地址。而對于 a[0] 這個零長度數組，編譯器并沒有給它分配存儲空間，此時的 a僅僅是一個符號，用來表示內存中的某個地址，我們可以通過查看可執行文件 a.out 的符號表來找到這個地址值。

78: 000082d4 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 _start79: 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_RegisterClasses82: 00008408 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 13 _fini83: 0001104c 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 22 p84: 00008410 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 14 _IO_stdin_used85: 0001101c 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 22 __data_start86: 00011050 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start__87: 0000841c 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __exidx_end88: 00011024 40 OBJECT GLOBAL DEFAULT 22 a89: 00011020 0 OBJECT GLOBAL HIDDEN 22 __dso_handle90: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __end__91: 0000839c 104 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 __libc_csu_init92: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_end__93: 00011050 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start94: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _bss_end__95: 00011054 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT 23 b96: 00011054 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _end97: 00011050 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _edata98: 00008414 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __exidx_start99: 00008380 28 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 main100: 00008290 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 10 _init

從符號表里可以看到，b 的地址為 0x11054，在程序 bss 段的后面。b符號表示的默認地址是一片未使用的內存空間，僅此而已，編譯器絕不會單獨再給其分配一個內存空間來存儲數組名。看到這里，也許你就明白了：數組名和指針并不是一回事，數組名雖然在作為函數參數時，可以當一個地址使用，但是兩者不能劃等號。菜刀有時候可以當武器用，但是你不能說菜刀就是武器。

至于為什么不用指針，很簡單。使用指針的話，指針本身也會占用存儲空間不說，根據上面的 USB 驅動的案例分析，你會發現，它遠遠沒有零長度數組用得巧妙——不會對結構體定義造成冗余，而且使用起來也很方便。

05. 附錄

參考：C語言嵌入式Linux高級編程

與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【嵌入式】C语言高级编程-长度为0的数组(05)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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