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結構體最后的長度為0或者1的數組

在Linux系統里,/usr/include/linux/if_pppox.h里面有這樣一個結構:
1struct pppoe_tag {
2    __u16 tag_type;
3    __u16 tag_len;
4    char tag_data[0];
5}
 __attribute ((packed));
最后一個成員為可變長的數組,對于TLV(Type-Length-Value)形式的結構,或者其他需要變長度的結構體,用這種方式定義最好。使用起來非常方便,創建時,malloc一段結構體大小加上可變長數據長度的空間給它,可變長部分可按數組的方式訪問,釋放時,直接把整個結構體free掉就可以了。例子如下:
1struct pppoe_tag *sample_tag;
2__u16 sample_tag_len = 10;
3sample_tag = (struct pppoe_tag *)malloc(sizeof(struct pppoe_tag)+sizeof(char)*sample_tag_len);
4sample_tag->tag_type = 0xffff;
5sample_tag->tag_len = sample_tag_len;
6sample_tag->tag_data[0]=.
7
釋放時,
1free(sample_tag)
是否可以用 char *tag_data 代替呢?其實它和 char *tag_data 是有很大的區別,為了說明這個問題,我寫了以下的程序:
例1:test_size.c
 1struct tag1
 2{
 3    int a;
 4    int b;
 5}
__attribute ((packed));
 6
 7struct tag2
 8{
 9   int a;
10   int b;
11   char *c;
12}
__attribute ((packed));
13
14struct tag3
15{
16   int a;
17   int b;
18   char c[0];
19}
__attribute ((packed));
20
21struct tag4
22{
23    int a;
24    int b;
25    char c[1];
26}
__attribute ((packed));
27
28int main()
29{
30    struct tag2 l_tag2;
31    struct tag3 l_tag3;
32    struct tag4 l_tag4;
33    
34    memset(&l_tag2,0,sizeof(struct tag2));
35    memset(&l_tag3,0,sizeof(struct tag3));
36    memset(&l_tag4,0,sizeof(struct tag4));
37
38    printf("size of tag1 = %d\n",sizeof(struct tag1));
39    printf("size of tag2 = %d\n",sizeof(struct tag2));
40    printf("size of tag3 = %d\n",sizeof(struct tag3));
41    
42    printf("l_tag2 = %p,&l_tag2.c = %p,l_tag2.c = %p\n",&l_tag2,&l_tag2.c,l_tag2.c);
43    printf("l_tag3 = %p,l_tag3.c = %p\n",&l_tag3,l_tag3.c);
44    printf("l_tag4 = %p,l_tag4.c = %p\n",&l_tag4,l_tag4.c);
45    exit(0);
46}
__attribute ((packed)) 是為了強制不進行4字節對齊,這樣比較容易說明問題。
程序的運行結果如下:
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
從上面程序和運行結果可以看出:tag1本身包括兩個32位整數,所以占了8個字節的空間。tag2包括了兩個32位的整數,外加一個char *的指針,所以占了12個字節。tag3才是真正看出char c[0]和char *c的區別,char c[0]中的c并不是指針,是一個偏移量,這個偏移量指向的是a、b后面緊接著的空間,所以它其實并不占用任何空間。tag4更加補充說明了這一點。所以,上面的struct pppoe_tag的最后一個成員如果用char *tag_data定義,除了會占用多4個字節的指針變量外,用起來會比較不方便:方法一,創建時,可以首先為struct pppoe_tag分配一塊內存,再為tag_data分配內存,這樣在釋放時,要首先釋放tag_data占用的內存,再釋放pppoe_tag占用的內存;方法二,創建時,直接為struct pppoe_tag分配一塊struct pppoe_tag大小加上tag_data的內存,從例一的420行可以看出,tag_data的內容要進行初始化,要讓tag_data指向 strct pppoe_tag后面的內存。
1struct pppoe_tag {
2    __u16 tag_type;
3    __u16 tag_len;
4    char *tag_data;
5}
 __attribute ((packed));
6
7struct pppoe_tag *sample_tag;
8__u16 sample_tag_len = 10;
方法一:
1sample_tag = (struct pppoe_tag *)malloc(sizeof(struct pppoe_tag));
2sample_tag->tag_len = sample_tag_len;
3sample_tag->tag_data = malloc(sizeof(char)*sample_tag_len);
4sample_tag->tag_data[0]=
釋放時:
1free(sample_tag->tag_data);
2free(sample_tag);
方法二:
1sample_tag = (struct pppoe_tag *)malloc(sizeof(struct pppoe_tag)+sizeof(char)*sample_tag_len);
2sample_tag->tag_len = sample_tag_len;
3sample_tag->tag_data = ((char *)sample_tag)+sizeof(struct pppoe_tag);
4sample_tag->tag_data[0]=
釋放時:
1free(sample_tag);

所以無論使用那種方法,都沒有char tag_data[0]這樣的定義來得方便。

講了這么多,其實本質上涉及到的是一個C語言里面的數組和指針的區別問題。char a[1]里面的a和char *b的b相同嗎?《Programming Abstractions in C》(Roberts, E. S.,機械工業出版社,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實際是一個常量,等于&a[0]。而char *b是有一個實實在在的指針變量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式的訪問,那么對于a[0]和b[0]本質上是否有區別?我們可以通過一個例子來說明。

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  }
編譯后,用objdump可以看到它的匯編:
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]=0xfe是直接尋址,直接將0xfe寫入&a[0]+2的地址,而b[2]=0xfe是間接尋址,先將b的內容(地址)拿出來,加2,再0xfe寫入計算出來的地址。所以a[0]和b[0]本質上是不同的。但當數組作為參數時,和指針就沒有區別了。
int do1(char a[],int len);
int do2(char *a,int len);

這兩個函數中的a并無任何區別。都是實實在在存在的指針變量。

順便再說一下,對于struct pppoe_tag的最后一個成員的定義是char tag_data[0],某些編譯器不支持長度為0的數組的定義,在這種情況下,只能將它定義成char tag_data[1],使用方法相同。

posted on 2006-03-07 12:23 HuYi 閱讀(1994) 評論(5)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C/C++代碼

評論

# re: 結構體最后的長度為0或者1的數組[未登錄] 2007-05-14 13:46 wf

這么好的文章,居然訪問量那么低,不介意我推廣一下~  回復  更多評論   

# re: 結構體最后的長度為0或者1的數組 2007-07-26 16:26 Garry

非常經典,學習了!  回復  更多評論   

# re: 結構體最后的長度為0或者1的數組 2007-12-19 12:28 coder

good !
up 一個  回復  更多評論   

# re: 結構體最后的長度為0或者1的數組 2011-04-01 10:34 xuenaren

學習了!我實際遇到這樣的問題不知道怎么解決啊!現在知道了!謝謝  回復  更多評論   

# re: 結構體最后的長度為0或者1的數組 2011-06-01 11:03 花兒

很不錯  回復  更多評論   

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