C的0長數組以及__attribute__((packed))_

一、零長數組(另一篇文章參考這裡)

在標準 C 或者 C++ 中由於不支援 0 長度的數組，所以 int array[0]; 這樣的定義是非法的。不過有些編譯器(如GCC)的擴充功能支援 0 長度的數組。

    在 C 中，0 長度的數組的主要用途是用來作為結構體的最後一個成員，然後用它來訪問此結構體對象之後的一段記憶體（通常是動態分配的記憶體）。由於其非標準性，在程式中盡量避免使用 0 長度的數組。作為替換，可以使用 C99 標準中的不完整數組來替換 0 長度的數組定義。如：

        typedef struct _X {
            int a;
            char array[]; //注意,因為是不完整數組,因此不可以計算sizeof(X),無法編譯通過
        } X;

    在GNU的gcc-4.4.0的官方指南中的5.14節Arrays of Length Zero一節中，它是如此寫道：

        struct line {
            int length;
            char contents[0];
        };

        //...ommit code here

struct line *thisline = (struct line *) malloc (sizeof (struct line) + this_length);
        thisline->length = this_length;

    這個用法主要用於變長Buffer，struct line的大小為4，結構體中的contents[0]不佔用任何空間，甚至是一個指標的空間都不佔(待會兒下面的範例程式碼會驗證)，contents在這兒只是表示一個常量指標，這個特性是用編譯器來實現的，即在使用 thisline->contents的時候，這個指標就是表示分配記憶體位址中的某塊buffer，比如malloc (sizeof (struct line) + this_length)返回的是0x8f00a40,thisline->contents指向的位置就是(0x8f00a40 + sizeof(struct line)),而這兒sizeof(struct line)僅僅是一個int的四位元組。

    對於這個用法，我們定義的結構體指標可以指向任意長度的記憶體buffer，這個技巧在變長buffer中使用起來相當方便。可能有朋友說，為什麼不把最後的contents直接定義為一個指標呢？這兒的差別是這樣的，如果定義為一個指標，它需要佔用4Bytes，並且在申請好記憶體後必須人為賦地址才可以。如果使用這個用法，這個常量指標不佔用空間，並且無需賦值。

    但是，方便並不是絕對的，在釋放分配的記憶體的時候，由於函數free會認為*thisline 只是指向一個4位元組的指標，即只會釋放length的空間，而對於後面佔據大頭的buffer卻視而不見，這個就需要人為幹預；而對於後面的聲明指標的方式，則可以直接用Free(thisline->contents)的方式釋放掉分配的記憶體。(這地方說的不明白，讓我理解之後，感覺此話是錯誤的。)

    如果將零長數組array換成指標*array來使用的話，指標必須重新分配一段記憶體之後才能使用，那麼當想要用socket發送結構體指標的時候，並不會將指標array申請的記憶體發送過去，因為是不連續的，所以接受socket發送來的資料後，會發現該資料並不是自己想要的。

    ASSERT:除非必要，不要輕易使用這個功能，GNU C下可以編譯通過，所以你在使用vc++，那就不用嘗試了，編譯都無法通過。

C語言: 驗證0長數組和__attribute__((packed))

01 #include <stdio.h>
02 #include <stdlib.h>
03 #include <string.h>
04
05 #define offsetof(S,t)     (size_t)&(((S *)0)->t)    //求結構體中位移量的宏,C++中存在此宏,C中需自己定義
06
07 struct zero_arry_t{
08 unsigned int i;
09 char arry[];
10 };
11
12 struct Test{
13 int len;
14 char content[0];
15 };
16
17 typedef struct _S1{
18 char a;
19 char b;
20 double c;
21 }S1;
22
23 typedef struct _S2{
24 char a;
25 char b;
26 double c;
27 }__attribute__((packed)) S2;    //__attribute__((packed))的作用就是告訴編譯器取消結構在編譯過程中的最佳化對齊
28
29 typedef struct _Y
30 {
31 int a;
32 int b;
33 char c;
34 char content[0];
35 } Y;
36
37
38 int main()
39 {
40 //驗證0長度數組   
41 char c0 = 'a', c1 = 'b', c2='c', c3='d';
42 printf("c0=%c, c1=%c, c2=%c, c3=%c\n&c0=%p, &c1=%p, &c2=%p, &c3=%p\n", c0, c1, c2, c3, &c0, &c1, &c2, &c3);                          
43 struct Test t;
44 t.len = 0x01020304;
45 char *q = t.content;
46 printf("sizeof(t)=%u, sizeof(t.content)=%u\n", sizeof(t),sizeof(t.content));    //列印4 0, content本身不佔空間
47 printf("&t=%p, &t.len=%p, t.content=%p, &t.content=%p\n", &t, &t.len, t.content, &t.content);//
48 strcpy(t.content, "123");
49 //發現 c0 c1 c2 c3的位置的內容被p->content所修改
50 printf("c0=%c, c1=%c, c2=%c, c3=%c\n&c0=%p, &c1=%p, &c2=%p, &c3=%p\n", c0, c1, c2, c3, &c0, &c1, &c2, &c3);
51
52 char buf[1024] = {0};
53 struct Test *p = (struct Test *)buf;
54     p->len = 0x01020304;
55 strcpy( p->content, "abcd");
56 printf("\np=&buf=%p, p->content=%p, p->content=%s\n", buf, p->content, p->content);
57 int k;
58 for(k=0; k<10; ++k)    //注意觀察這十個位置的值
59 printf("address %p: buf[%d]=%d\n", buf+k, k, buf[k]);
60
61 //關於offsetof宏,以及 __attribute__((packed))屬性
62 printf("\nsizeof(S1)=%u, offsetof(S1,c)=%u\n", sizeof(S1),offsetof(S1,c));
63 //使用__attribute__後,結構體大小和成員的位移量都發生變化
64 printf("sizeof(S2)=%u, offsetof(S2,c)=%u\n", sizeof(S2),offsetof(S2,c));
65 //對於有padding(補齊)的結構體Y,其sizeof(Y)和offsetof(Y, content)的大小不一致,參考這個文章
66 printf("sizeof(Y)=%u, offsetof(Y, content)=%u, offsetof(Y, c)=%u\n", sizeof(Y), offsetof(Y, content), offsetof(Y, c));
67
68 getchar();
69 return 0;
70 }

    運行結果如下：

二、__attribute__

    1. __attribute__ ((packed)) 的作用就是告訴編譯器取消結構在編譯過程中的最佳化對齊,按照實際佔用位元組數進行對齊，是GCC特有的文法。這個功能是跟作業系統沒關係，跟編譯器有關，gcc編譯器不是緊湊模式的，我在windows下，用vc的編譯器也不是緊湊的，用tc的編譯器就是緊湊的。例如：

    在GCC下：struct my{ char ch; int a;} sizeof(int)=4;sizeof(my)=8;（非緊湊模式）
    在GCC下：struct my{ char ch; int a;}__attrubte__ ((packed)) sizeof(int)=4;sizeof(my)=5

    2. __attribute__關鍵字主要是用來在函數或資料聲明中設定其屬性。給函數賦給屬性的主要目的在於讓編譯器進行最佳化。函式宣告中的 __attribute__((noreturn))，就是告訴編譯器這個函數不會返回給調用者，以便編譯器在最佳化時去掉不必要的函數傳回碼。

    GNU C的一大特色就是__attribute__機制。__attribute__可以設定函數屬性（Function Attribute）、變數屬性（Variable Attribute）和類型屬性（Type Attribute）。

    __attribute__書寫特徵是：__attribute__前後都有兩個底線，並且後面會緊跟一對括弧，括弧裡面是相應的__attribute__參數。

    __attribute__文法格式為：

    __attribute__ ((attribute-list))

    其位置約束：放於聲明的尾部“；”之前。

    函數屬性（Function Attribute）：函數屬性可以協助開發人員把一些特性添加到函式宣告中，從而可以使編譯器在錯誤檢查方面的功能更強大。__attribute__機制也很容易同非GNU應用程式做到相容之功效。

    GNU CC需要使用 –Wall編譯器來擊活該功能，這是控制警告資訊的一個很好的方式。

    packed屬性：使用該屬性可以使得變數或者結構體成員使用最小的對齊，即對變數是一位元組對齊，對域（field）是位對齊。
    舉例:
        /* __attribute__ ((packed)) 的位置約束是放於聲明的尾部“；”之前 */
        struct str_struct{
            __u8    a;
            __u8    b;
            __u8    c;
            __u16   d;
        } __attribute__ ((packed));

        /* 當用到typedef時，要特別注意__attribute__ ((packed))放置的位置，相當於：
         * typedef struct str_stuct str;
         * 而struct str_struct 就是上面的那個結構。
        */
        typedef struct {
            __u8    a;
            __u8    b;
            __u8    c;
            __u16   d;
        } __attribute__ ((packed)) str;

        /* 在下面這個typedef結構中，__attribute__ ((packed))放在結構名str_temp之後，其作用是被忽略的，注意與結構str的區別。*/
        typedef struct {
            __u8    a;
            __u8    b;
            __u8    c;
            __u16   d;
        }str_temp __attribute__ ((packed));    //這樣不起作用，還可能編譯不通過