为什么空数组的类型在结构的内部和外部具有不同的大小？

问题描述

#include <stdio.h>    
struct Obj {
    char a;
    uint32_t b;
    uint8_t c;
    uint64_t d[0];
};
struct Obj1 {
    uint64_t d[0];
};

int main() {
    uint64_t a[0];
    printf("%d\n",sizeof(Obj)); // 16
    printf("%d\n",sizeof(a)); // 16
    printf("%d\n",sizeof(Obj1)); // 16
    //cout << sizeof(Obj) << endl; // 16
    //cout << sizeof(a) << endl;   // 0
    //cout << sizeof(Obj1) << endl; // 0
}

如上所示，为什么结构中的uint64_t变量不会在uint8_t之后立即返回，而且更奇怪的是空数组在结构外部的大小为零。

这实际上是一个面试问题。解释是这样的，尽管仍然无法理解。

如果没有第四个字段，则应为4 + 4 + 4 = 12，加上第四个 字段是16，第四个字段不占用空间，但是它将告诉 编译器对齐8个字节

此用法通常在内核中使用，例如，以下可以 被下标直接访问

Obj o1; uint64_t array[1024]; // In memory,array immediately follows
o1 o1.d[123]; // can access the elements of array

正如评论所指出的，这可能仅适用于C而不是C ++。所以我将代码更改为C版本。

解决方法

首先，您的代码是未定义的行为。来自Arrays p1的重点：

在声明T D中，D的形式为

  D1 [ constant-expressionopt ] attribute-specifier-seqopt 

以及所包含的类型 声明T D1中的declarator-id是“ derived-declarator-type-list” T”，D中声明符的类型为 “ NT的派生声明符类型列表数组”。常量表达式 应该是std :: size_t类型的转换常量表达式 （[expr.const]）。 其值N指定数组边界，即 数组中元素的数量； N应大于零。

数组的大小必须大于0。

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对于 gcc编译器扩展，allows for zero sized arrays在C代码中并且恰好在C ++代码中也受支持，gcc文档指出：

尽管零长度数组的大小为零，但由于尾部填充，这种数组成员可能会增加封闭类型的大小。

您的代码中似乎正在发生这种情况。

,

这个面试问题探究了候选人在C标准和特定实现中的对齐方式和某些语义。

char a成员的大小为1（字节），对齐要求为1（字节）。

uint32_t b成员的大小为4，通常具有四个字节的对齐要求。为了将其放置在四个字节的倍数的地址上，编译器必须在a之后和b之前包括三个未使用的字节，它们正在调用填充字节。到目前为止，该结构需要1 + 3 + 4 = 8个字节。

uint8_t c成员的大小为1，对齐要求为1。到目前为止，该结构需要9个字节。

对于uint64_t d[0]，行为不是由C标准定义的。但是，除非访问员指定了这是关于严格符合标准C的问题，否则回答行为未定义是不充分的，因为C不仅限于标准。还存在C（但不是严格符合）的C和非标准的C变体。GCC支持众所周知的扩展，其中结构的最后一个成员可以声明为具有零元素的数组，并且访调员希望提问者要知道这一点。

使用这种结构时，程序必须通过将这样的空间添加到使用malloc或类似的内存分配例程的请求中，为它希望使用的任何数组元素分配足够的空间。例如，要为基本结构和13个元素分配空间，可以使用malloc(sizeof(struct Obj) + 13 * sizeof(uint64_t))。

通常，uint64_t的对齐要求为八个字节。无论其对齐要求是什么，编译器都会在成员c和d之间添加足够的未使用字节，以确保d具有正确的对齐方式。如果确实需要八字节对齐，则必须在c之后插入七个字节，因此直到d开头的结构大小为1 + 3 + 4 + 1 + 7 = 16字节