C语言结构体里的成员数组和指针
单看这文章的标题,你可能会觉得好像没什么意思。你先别下这个结论,相信这篇文章会对你理解C语言有帮助。这篇文章产生的背景是在微博上,看到@Laruence同学出了一个关于C语言的题,微博链接。微博截图如下。我觉得好多人对这段代码的理解还不够深入,所以写下了这篇文章。
为了方便你把代码copy过去编译和调试,我把代码列在下面:
#include <stdio.h> struct str{ int len; char s[0]; }; struct foo { struct str *a; }; int main(int argc, char** argv) { struct foo f={0}; if (f.a->s) { printf( f.a->s); } return 0; }
你编译一下上面的代码,在VC++和GCC下都会在14行的printf处crash掉你的程序。@Laruence 说这个是个经典的坑,我觉得这怎么会是经典的坑呢?上面这代码,你一定会问,为什么if语句判断的不是f.a?而是f.a里面的数组?写这样代码的人脑子里在想什么?还是用这样的代码来玩票?不管怎么样,看过原微博的回复,我个人觉得大家主要还是对C语言理解不深,如果这算坑的话,那么全都是坑。
接下来,你调试一下,或是你把14行的printf语句改成:
printf("%x\n", f.a->s);
你会看到程序不crash了。程序输出:4。 这下你知道了,访问0x4的内存地址,不crash才怪。于是,你一定会有如下的问题:
1)为什么不是 13行if语句出错?f.a被初始化为空了嘛,用空指针访问成员变量为什么不crash?
2)为什么会访问到了0x4的地址?靠,4是怎么出来的?
3)代码中的第4行,char s[0] 是个什么东西?零长度的数组?为什么要这样玩?
让我们从基础开始一点一点地来解释C语言中这些诡异的问题。
目录
结构体中的成员
首先,我们需要知道——所谓变量,其实是内存地址的一个抽像名字罢了。在静态编译的程序中,所有的变量名都会在编译时被转成内存地址。机器是不知道我们取的名字的,只知道地址。
所以有了——栈内存区,堆内存区,静态内存区,常量内存区,我们代码中的所有变量都会被编译器预先放到这些内存区中。
有了上面这个基础,我们来看一下结构体中的成员的地址是什么?我们先简单化一下代码:
struct test{ int i; char *p; };
上面代码中,test结构中i和p指针,在C的编译器中保存的是相对地址——也就是说,他们的地址是相对于struct test的实例的。如果我们有这样的代码:
struct test t;
我们用gdb跟进去,对于实例t,我们可以看到:
# t实例中的p就是一个野指针 (gdb) p t $1 = {i = 0, c = 0 '\000', d = 0 '\000', p = 0x4003e0 "1\355I\211\..."} # 输出t的地址 (gdb) p &t $2 = (struct test *) 0x7fffffffe5f0 #输出(t.i)的地址 (gdb) p &(t.i) $3 = (char **) 0x7fffffffe5f0 #输出(t.p)的地址 (gdb) p &(t.p) $4 = (char **) 0x7fffffffe5f4
我们可以看到,t.i的地址和t的地址是一样的,t.p的址址相对于t的地址多了个4。说白了,t.i 其实就是(&t + 0x0), t.p 的其实就是 (&t + 0x4)。0x0和0x4这个偏移地址就是成员i和p在编译时就被编译器给hard code了的地址。于是,你就知道,不管结构体的实例是什么——访问其成员其实就是加成员的偏移量。
下面我们来做个实验:
struct test{ int i; short c; char *p; }; int main(){ struct test *pt=NULL; return 0; }
编译后,我们用gdb调试一下,当初始化pt后,我们看看如下的调试:(我们可以看到就算是pt为NULL,访问其中的成员时,其实就是在访问相对于pt的内址)
(gdb) p pt $1 = (struct test *) 0x0 (gdb) p pt->i Cannot access memory at address 0x0 (gdb) p pt->c Cannot access memory at address 0x4 (gdb) p pt->p Cannot access memory at address 0x8
注意:上面的pt->p的偏移之所以是0x8而不是0x6,是因为内存对齐了(我在64位系统上)。关于内存对齐,可参看《深入理解C语言》一文。
好了,现在你知道为什么原题中会访问到了0x4的地址了吧,因为是相对地址。
相对地址有很好多处,其可以玩出一些有意思的编程技巧,比如把C搞出面向对象式的感觉来,你可以参看我正好11年前的文章《用C写面向对像的程序》(用指针类型强转的危险玩法——相对于C++来说,C++编译器帮你管了继承和虚函数表,语义也清楚了很多)
指针和数组的差别
有了上面的基础后,你把源代码中的struct str结构体中的char s[0];改成char *s;试试看,你会发现,在13行if条件的时候,程序因为Cannot access memory就直接挂掉了。为什么声明成char s[0],程序会在14行挂掉,而声明成char *s,程序会在13行挂掉呢?那么char *s 和 char s[0]有什么差别呢?
在说明这个事之前,有必要看一下汇编代码,用GDB查看后发现:
- 对于char s[0]来说,汇编代码用了lea指令,lea 0x04(%rax), %rdx
- 对于char*s来说,汇编代码用了mov指令,mov 0x04(%rax), %rdx
lea全称load effective address,是把地址放进去,而mov则是把地址里的内容放进去。所以,就crash了。
从这里,我们可以看到,访问成员数组名其实得到的是数组的相对地址,而访问成员指针其实是相对地址里的内容(这和访问其它非指针或数组的变量是一样的)
换句话说,对于数组 char s[10]来说,数组名 s 和 &s 都是一样的(不信你可以自己写个程序试试)。在我们这个例子中,也就是说,都表示了偏移后的地址。这样,如果我们访问 指针的地址(或是成员变量的地址),那么也就不会让程序挂掉了。
正如下面的代码,可以运行一点也不会crash掉(你汇编一下你会看到用的都是lea指令):
struct test{ int i; short c; char *p; char s[10]; }; int main(){ struct test *pt=NULL; printf("&s = %x\n", pt->s); //等价于 printf("%x\n", &(pt->s) ); printf("&i = %x\n", &pt->i); //因为操作符优先级,我没有写成&(pt->i) printf("&c = %x\n", &pt->c); printf("&p = %x\n", &pt->p); return 0; }
看到这里,你觉得这能算坑吗?不要出什么事都去怪语言,大家要想想是不是问题出在自己身上。
关于零长度的数组
首先,我们要知道,0长度的数组在ISO C和C++的规格说明书中是不允许的。这也就是为什么在VC++2012下编译你会得到一个警告:“arning C4200: 使用了非标准扩展 : 结构/联合中的零大小数组”。
那么为什么gcc可以通过而连一个警告都没有?那是因为gcc 为了预先支持C99的这种玩法,所以,让“零长度数组”这种玩法合法了。关于GCC对于这个事的文档在这里:“Arrays of Length Zero”,文档中给了一个例子(我改了一下,改成可以运行的了):
#include <stdlib.h> #include <string.h> struct line { int length; char contents[0]; // C99的玩法是:char contents[]; 没有指定数组长度 }; int main(){ int this_length=10; struct line *thisline = (struct line *) malloc (sizeof (struct line) + this_length); thisline->length = this_length; memset(thisline->contents, 'a', this_length); return 0; }
上面这段代码的意思是:我想分配一个不定长的数组,于是我有一个结构体,其中有两个成员,一个是length,代表数组的长度,一个是contents,代码数组的内容。后面代码里的 this_length(长度是10)代表是我想分配的数据的长度。(这看上去是不是像一个C++的类?)这种玩法英文叫:Flexible Array,中文翻译叫:柔性数组。
我们来用gdb看一下:
(gdb) p thisline $1 = (struct line *) 0x601010 (gdb) p *thisline $2 = {length = 10, contents = 0x601010 "\n"} (gdb) p thisline->contents $3 = 0x601014 "aaaaaaaaaa"
我们可以看到:在输出*thisline时,我们发现其中的成员变量contents的地址居然和thisline是一样的(偏移量为0x0??!!)。但是当我们输出thisline->contents的时候,你又发现contents的地址是被offset了0x4了的,内容也变成了10个‘a’。(我觉得这是一个GDB的bug,VC++的调试器就能很好的显示)
我们继续,如果你sizeof(char[0])或是 sizeof(int[0]) 之类的零长度数组,你会发现sizeof返回了0,这就是说,零长度的数组是存在于结构体内的,但是不占结构体的size。你可以简单的理解为一个没有内容的占位标识,直到我们给结构体分配了内存,这个占位标识才变成了一个有长度的数组。
看到这里,你会说,为什么要这样搞啊,把contents声明成一个指针,然后为它再分配一下内存不行么?就像下面一样。
struct line { int length; char *contents; }; int main(){ int this_length=10; struct line *thisline = (struct line *)malloc (sizeof (struct line)); thisline->contents = (char*) malloc( sizeof(char) * this_length ); thisline->length = this_length; memset(thisline->contents, 'a', this_length); return 0; }
这不一样清楚吗?而且也没什么怪异难懂的东西。是的,这也是普遍的编程方式,代码是很清晰,也让人很容易理解。即然这样,那为什么要搞一个零长度的数组?有毛意义?!
这个事情出来的原因是——我们想给一个结构体内的数据分配一个连续的内存!这样做的意义有两个好处:
第一个意义是,方便内存释放。如果我们的代码是在一个给别人用的函数中,你在里面做了二次内存分配,并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体,但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free,所以你不能指望用户来发现这个事。所以,如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了,并返回给用户一个结构体指针,用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。(读到这里,你一定会觉得C++的封闭中的析构函数会让这事容易和干净很多)
第二个原因是,这样有利于访问速度。连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得也没多高了,反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)
我们来看看是怎么个连续的,用gdb的x命令来查看:(我们知道,用struct line {}中的那个char contents[]不占用结构体的内存,所以,struct line就只有一个int成员,4个字节,而我们还要为contents[]分配10个字节长度,所以,一共是14个字节)
(gdb) x /14b thisline 0x601010: 10 0 0 0 97 97 97 97 0x601018: 97 97 97 97 97 97
从上面的内存布局我们可以看到,前4个字节是 int length,后10个字节就是char contents[]。
如果用指针的话,会变成这个样子:
(gdb) x /16b thisline 0x601010: 1 0 0 0 0 0 0 0 0x601018: 32 16 96 0 0 0 0 0 (gdb) x /10b this->contents 0x601020: 97 97 97 97 97 97 97 97 0x601028: 97 97
上面一共输出了四行内存,其中,
- 第一行前四个字节是 int length,第一行的后四个字节是对齐。
- 第二行是char* contents,64位系统指针8个长度,他的值是0x20 0x10 0x60 也就是0x601020。
- 第三行和第四行是char* contents指向的内容。
从这里,我们看到,其中的差别——数组的原地就是内容,而指针的那里保存的是内容的地址。
后记
好了,我的文章到这里就结束了。但是,请允许我再唠叨两句。
1)看过这篇文章,你觉得C复杂吗?我觉得并不简单。某些地方的复杂程度不亚于C++。
2)那些学不好C++的人一定是连C都学不好的人。连C都没学好,你们根本没有资格鄙视C++。
3)当你们在说有坑的时候,你得问一下自己,是真有坑还是自己的学习能力上出了问题。
如果你觉得你的C语言还不错,欢迎你看看《C语言的谜题》还有《谁说C语言很简单?》还有《语言的歧义》以及《深入理解C语言》一文。
(全文完)
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《C语言结构体里的成员数组和指针》的相关评论
“结构体中的成员”在人民邮电出版社的《C语言专家编程》中有过类似的介绍,这篇文章看下来更加有助于理解。
“关于零长度的数组” 介绍的Flexible Array用法实际编码中用到过。是看日本人的代码学会的,第一次看到后觉得很扯,但后来想想后发现的确是挺方便的(至少不用去调两次free)。所以以后的编码中一直在使用。
耗子的C语言功底的确是很厉害,这是真正见功夫的。不明白为什么现在很多人对C语言不感兴趣。
分析得很透彻!@anthonyhl
很敬业,不只是讲理论,还做了很多实验来验证。
学习必须要理论结合实际才能来得影响深刻
@aoyaya
if (&(f.a->len))会跳过该if分支呀,怎么会在printf里core呢?
耗哥,愚人节快乐
感觉有点像C++中“this为NULL时调用虚函数会不会崩” 问题。
在浩哥微博看到的题目,终于等到解答了,先顶再看。
在suse中实测是跳不过去的。
struct str{int i, char *s}, 指针变量s是一个变量,变量的内容是指针指向内容的地址,而访问指针时,(汇编)代码实际上做了一个操作,将所指向内容的首地址移入某个寄存器中,作为基址。《C专家编程》中探讨指针和数组的区别时,特别指出了这点。
还有f.a->s是直接计算s的地址,再访问s;而不是(*(f.a)).s,这是指针的便捷之处,但也跳过了对f.a的检查。
没有跳过吧,只是计算地址时f.a的为什么是无关紧要的,此时只是求相对偏移。@万山围子
好 high啊~~~
`printf(“%x\n”, f.a->s);`是否应该为`printf(“%x\n”, &f.a->s);` ?
感觉这篇文章写得很绕。还是直接查看标准文档来得方便直接。
标准文档 6.3.2.1 里:除非作为 sizeof 和单目 & 的操作数,类型为「array of type」的表达式都会退化为「pointer to type」。
因为表达式 f.a->s 是 array of char 类型的,所以会被转换为 pointer to char,即指向 s 的指针类型;也就是说,if (f.a->s) 判断的是 f.a->s 的地址。而因为 f.a 是 0,所以 f.a->s 是 4。
其实就是指针退化。
我是Java的 虽然没有看懂但是觉得好高深的样子
我发现用clang/llvm 编译后会自动优化,我是按照两次malloc来进行的
(lldb) x line
0x1001039d0: 0a 00 00 00 00 00 00 00 e0 39 10 00 01 00 00 00 ……..�9……
0x1001039e0: 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 00 00 00 00 00 00 aaaaaaaaaa……
(lldb) x line->contents
0x1001039e0: 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 00 00 00 00 00 00 aaaaaaaaaa……
0x1001039f0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 …………….
C11的标准对->运算符的语义是这样定义的:“A postfix expression followed by the -> operator and an identifier designates a member of a structure or union object. The value is that of the named member of the object to which the first expression points, and is an lvalue.” 但是,并没有说如果x本身是非法指针的情况下会有什么后果。我理解为,这个是“未定行为”。既然是“未定行为”,那么发生任何事情都是有可能的,比如编译器编译出让屏幕上打印出“FUCK YOU\n”的程序,也是“正确”的编译器行为。
另一方面,C11倒是明确说了*运算符用于非法指针的情况:“If an invalid value has been assigned to the pointer, the behavior of the unary * operator is undefined.”其中invalid pointer包括null指针.
参考:6.5.2.3和6.5.3.2两节
http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1570.pdf
其实C语言之所以复杂,就是因为一些模棱两可的写法或者说不同的写法有相同的语义。个人感觉如果是C语言中遇到了问题,不妨从汇编角度分析(反汇编的结果)。
可以试试stddef.h里的offsetof宏。这个是真的做你认为它应该做的事的工具。对于某些编译器(如gcc),这是用intrinsic来实现的。Wikipedia说这是ANSI C定义的,我没有论证过,但起码C11是规定了这个宏的行为的。
皓哥真是公里深厚啊!
c比c++好的地方是:简洁明了,所以坑少
但是,这个例子,其实是c的坑,而不是大家学得不够
坑是歧义,如果要靠汇编代码来解释、理解,其实就已经是坑了!
好(没坑)的语言,应该语法说怎么做,就真的是怎么做,步骤也是明确的,而不应该是 不同编译器有不同的实现
社会学里:民众是 法无禁止 皆可为;政府是 法无允许 皆不可为。
编程语言,也应该:语法没规定的,皆不可为。
如果都能这样,c的很多怪异写法、技巧就直接是编译报错了。
比如那个switch的怪异技巧。
1)为什么不是 13行if语句【if (f.a->s) 】出错?f.a被初始化为空了嘛,用空指针访问成员变量为什么不crash?
不能说疑问者水平不够,而是编译器没按语言规定的步骤执行了,看汇编代码来解释,也只说明这个编译器是这样做,但是仍然是违反了语言自己规定步骤。
耗叔真没道理,上次也说C++坑比C少啥的,这次一大群人都傻逼了还需要你再写文章解释,仍然说不是坑!
我是C/C++经验很足,但如果我在review别人的代码中看到这样的写法,是会仔细想想才会说不会crash…
如果每个现象能解释得通就不叫坑,那么有什么语言特性是翻出生成的汇编码、翻出解释器源码后解释不通的吗?
我认为这样容易让人迷惑的特性就叫坑!而这种需要专家C程序员来公开解惑的特性就叫坑!
当然,就这个用法而言,如果不算坑,只能说太少有人会这样写,而不是说它不够反直觉!
最后你解释这么做的优点:
“第二个原因是,这样有利于访问速度。连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得也没多高了,反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)”
那个括号有问题,寻址是不一样的。
struct中嵌变长数组,与指针相比:
1. 主要优点,只需要一次内存分配,struct的其他字段与访问数组是在连续内存上,spatial locality更好。至于说malloc、free的次数,因为是同时分配、释放,封装过后在易用性上没区别。
2. 另外一个影响不大的性能优势,访存次数。给你struct的指针p,访问p->a[i],只需要一次访存,从”p+offset a + i * sizeof(a[0])”处取sizeof(a[0])个字节就是;而如果a是指针的话,需要两次访存,先从”p + offset a”处取4/8个字节得到地址q,再从”q + i * sizeof(a[0])”处取sizeof(a[0])个字节得到元素值。这既是说,如果改用指针的话,哪怕恰好指针指向的内存紧跟在struct后,内存连续,但p->a[i]的指针声明仍然会比数组声明多一次访存。
3. 当然struct后缀变长数组的方法也有限制,即struct需要多个长度不同的变长数组时,只有一个能作为后缀,分配多块内存变得不可避免。
受教了 顶!
switch的怪异技巧:
http://coolshell.cn/articles/10975.html#more-10975
case 1居然位于case 0里面的一个for语句块里!简直是“乱伦”了
赞。
另一方面理解,编程语言的“标准”就是程序员和编译器之间的“契约”。按照标准写的程序,符合标准的编译器必须生成符合标准的目标码。但是,如果程序员写出了标准里没有规定的程序,那么,他就等于超出了契约的规定范围,编译器如何处理都是编译器的自由(比如打印”FUCK YOU\n”)。
@wks
一般而言,设计语言、开发编译器的人,比使用编译器的人要牛。
所以,他的语法、标准应该是足够严谨的,最后一条总是:不符合以上规则,均属于错误代码。
如上面的switch例子,如果严格核对switch该有的模式,编译器首先就报错了:
switch (表达式) { 重复【case 常量: 无或代码块;】 },那么case 1出现在case 0的代码块里,就应该被认为case 0的代码块里有一个switch,但是漏掉了switch直接出现case了
编译时就把关卡住,绝对好过 编译通过,但行为无法预期,运行了n久才遇到满足逻辑分支才发生。
揣测一下这些 非预期 代码 为什么会被编译器通过?
编译器为了方便实现、编译速度,而放弃了严格的语法模式的匹配?
为什么写这么无聊的博文, 只能指点指点学生党。
printf(“%x\n”, f.a->s); // 没 (unsigned int) 直接 UB
所以有了——栈内存区,堆内存区,静态内存区,常量内存区,我们代码中的所有变量都会被编译器预先放到这些内存区中。 // 寄存器是不是“内存”?
换句话说,对于数组 char s[10]来说,数组名 s 和 &s 都是一样的(不信你可以自己写个程序试试)。 // 还特意加粗了,这是找抽么。
第一个意义是,方便内存释放。 // 无视语义了么?
第二个原因是,这样有利于访问速度。 // 结论是对的,解释是错的。倒腾下 cache 试试看?
按struct str{
int len;
char s[0];
}的定义,s在大尾序的机器上偏移量会不会是0x0呢?
@haitao
至于为什么会有“未定行为”并且让它编译通过,很多未定行为是运行时的,编译时一般检查不出来。比如对空指针访问,数组越界……如果将这些情况规定为“未定行为”,可以使得运行时的检查量降低,使得“正确”的代码执行更快。
比如,数组越界,某些语言里数组越界必须抛出异常。这样的语言,一般要对每次数组访问判断一下越界(庆幸的是对于现代的计算机,这样的判断代价并不高),或者在能够推断出“肯定不会越界”的情况下将这样的判断消除。
在另一些语言里,数组越界是未定行为。这样,编译器永远不用加入对数组越界的判断。如果程序员的算法能够保证自己的访问永远不越界,那么写出来的程序就是正确的而且高效。反之要是程序员不能保证,那么要么自己每次检查一下,要么就期待编译器能干出任何事(比如打印”FUCK YOU!\n”)。
另外,switch语句的语法不是你想像的那样有若干个case或default。C11是这样定义的:
selection-statement:
if ( expression ) statement
if ( expression ) statement else statement switch ( expression ) statement
switch ( expression ) statement
statement:
labeled-statement
compound-statement
expression-statement
selection-statement
iteration-statement
jump-statement
labeled-statement:
identifier : statement
case constant-expression : statement
default : statement
compound-statement:
{ block-item-listopt }
block-item-list:
block-item
block-item-list block-item
block-item:
declaration
statement
说明里面只是一个statement,而statement可以是compound-statement(也就是{ stmt1 stmt2 stmt3 …}),而里面的每个stmt都可以是任何语句。其中case xxx:、default:以及some_label:全都属于label-statement。所以,从语法上,那种到处插入case的switch并没有错误。
switch的语义:
A switch statement causes control to jump to, into, or past the statement that is the switch body, depending on the value of a controlling expression, and on the presence of a defaultlabelandthevaluesofanycaselabelsonorintheswitchbody. Acaseor default label is accessible only within the closest enclosing switch statement.
既然是jump,那么就和goto有异曲同工之妙了。所以switch可以用得和goto一样肮脏。
@haitao
净扯淡。
有谁告诉你数组和指针是一样的了。
用asm只是为了很明确的告诉你这俩不一样且给你举个例子而已。
你想多了,这是俩概念。单一变量才有这个说法,struct是复合变量。
貌似Java这些什么都看不到吧 – – @KiingCode
PS:今天就收货了这篇“唠叨”,希望博主以后继续“唠叨” – –
PPS:建议添加个针对每篇文章生成二维码的功能
Linux内核中好像有很多这样的0长度数组的用法。
写的非常不错
还好, 我能理解~~~
当然这还要涉及到计算结构体成员偏移的方式. 这里也有一些不错误的介绍.
http://www.cnblogs.com/memset/archive/2013/01/07/containing_record.html
文中说到访问数组名是访问该数组的地址,我写了一段代码
char test[] = “hello”;
printf(“%x”, test);//输出地址
printf(“%s”, test);//输出“hello”
printf(test);//输出“hello”
第一个输出能理解,但是后面两个是为什么呀?
@Jeff
这也部分解释了为什么linux必须用gcc编译(clang通过努力也可以编译linux了,哎,一个编译器反过来适应一个程序……)
@Jeff
GCC扩展了C语言,规定了零长度数组。 http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Zero-Length.html
但clang有意地不提供这项扩展。“clang does not support the gcc extension that allows variable-length arrays in structures. This is for a few reasons: one, it is tricky to implement, two, the extension is completely undocumented, and three, the extension appears to be rarely used. Note that clang does support flexible array members (arrays with a zero or unspecified size at the end of a structure).”见:http://clang.llvm.org/docs/UsersManual.html
另一方面,可以发现,Lua不用修改地就可以在另一个操作系统上跑。Lua的作者是一个很严谨的C程序员。为了兼容性,宁可使用3个int的结构表示Value,也不愿意使用高效的tagged pointer,因为ansi C没有“和指针一样长的整数”类型。这一点可以找找Lua作者的论文。 下面这一页说Lua可以直接在这个新操作系统上编译:https://github.com/klange/toaruos
还是要写通用的C程序,不依赖于某个特定的平台,C99这玩意。。。
皓哥,你说char *s 和 char s[0] 的区别在于
对于char s[0]来说,汇编代码用了lea指令,lea 0×04(%rax), %rdx
对于char*s来说,汇编代码用了mov指令,mov 0×04(%rax), %rdx
可是我用GDB调试汇编代码是这样的?就没有看见lea指令?求指教?
char s[0] 的汇编:
0x000000000040150f : callq 0x4026d0
0x0000000000401514 : movq $0x0,-0x10(%rbp)
0x000000000040151c : mov -0x10(%rbp),%rax
0x0000000000401520 : add $0x4,%rax
0x0000000000401524 : test %rax,%rax
0x0000000000401527 : je 0x401539
char * s的汇编:
0x000000000040150f : callq 0x4026d0
0x0000000000401514 : movq $0x0,-0x10(%rbp)
0x000000000040151c : mov -0x10(%rbp),%rax
=> 0x0000000000401520 : mov 0x8(%rax),%rax
0x0000000000401524 : test %rax,%rax
0x0000000000401527 : je 0x401539
0x0000000000401529 : mov -0x10(%rbp),%rax
0x000000000040152d : mov 0x8(%rax),%rax
你用if语句看看。另外,不同的系统可能有不一样的汇编。
看完鸟哥@Laruence的回应,确实觉得这篇文章啰嗦了,皓哥还是该冷静冷静,对事不对人吧
你要仔细看看你知道我根本都没说Laruence!你的语文能力呢?
俺又来冒个泡,觉得这事搞复杂了。
if (f.a->s) 不会crash,是因为s是一个数组类型,仅仅取了个地址,没有取这个地址里的了内容。
如果将它改成 if (*(f.a->s)),它也会crash。同样如果将 if (f.a->s)改成 if (f.a->len)也会crash,因为len是int变量,这样是取值,不是取地址,将它改成 if (&(f.a->len)),也不会crash。
对于printf,第一个参数类型是const char *,正常情况下,期望传入的是格式化字符串,然后去解析这个格式化字符串,遇到非格式化字符直接输出,遇到格式化字符,就根据格式化类型,去读取相应变量的值或者地址。而printf(f.a->s); 这样用,printf就把f.a->s当做格式化字符串去解析,这里也不会报错,因为s是char []类型,满足,printf函数第一个参数的要求。f.a->s的值为4,所以printf就去读这个地址值里的内容,也就crash了。将它改为printf(“%x”,f.a->s);
不会crash,因为现在格式化字符串是%x,这个%x是存在某个地址处,内容是%x,是合法的,而%x解析出来,又是取地址,所以就去栈里相应的地方取变量的地址值。而将它改为printf(“%s”,f.a->s); 同样也会crash,但是这两个chash的原因是有区别的,前者是将f.a->s当做格式化字符串去解析,去读不合法格式化字符地址里的内容crash,而后者是格式化字符串地址是合法的,去读相应的变量地址里的内容的时候,crash了。
printf本身是有缺陷的:
对于 char *ptr=”Hello\n”;
printf(ptr);
char arr[]=”hello world\n”;
printf(arr);
都没有问题,它将传递给它的字符串,当做格式化字符串去解析,没有遇到格式字符就将内容直接输出。但是如果
char arr[]=”hello world %s \n”;
printf(arr);
那它先输出hello world,然后就在栈里不合理的地址处去读内容值了,这个地址处放的是什么,没人知道,也许它会让你的程序crash掉。
在代码里尽量不要使用printf,更不要像printf(arr);这种不合理的使用。printf不仅低效,而且因为自己的缺陷,给有恶意的人制造了机会。他们可以修改printf格式化字符串里的内容,让它去执行任何一个地址处的恶意程序,最简单的就是提升系统权限,在机器上想干什么就干什么。
另外,使用柔性数组,主要是提高访问速度,结构里的柔性数组,分配的空间,和结构里的其它变量空间是连续的。
用指针,分配的空间,基本上和其它变量的空间是不连续的。CPU读取数据的时候,是按照行读取的,也就是每次从内存里读取cache line大小的数据,然后放在缓存里。比如这里,如果CPU读取len的时候,顺便将数组s的内容一起读到cache line里,当cpu需要s的内容的时候,不许要再去读内存,甚至是硬盘。因为len和s的内存空间是连续的,所以,它们被放到一个cache line的可能性特别大,如果s的内容被顺便读进去,那访问速度比从内存里访问高出一到两个数量级。从代码本身来说,微观角度,高效代码遵守两个原则,1、空间连续性,2、时间连续性。
补充,上文“这里也不会报错”指的是编译器编译、链接的时候不会报错
个人意见, 其实zero-array最大的目的在于空间节约,因为你不需要多使用一个指针作间接索引,不要小看这一个pointer,如果你系统里面很多地方都需要挂接类似的数据结构,那么它的空间节约也是很明显的,至于side-effect,那就是牺牲了使用指针的灵活性—如果你需要扩充你的数组空间,你唯一能做的就是两个a) realloc b) malloc new and free old.
第一个看系统,不是每一次realloc都能成功,第二个问题在于如果你原始的数据指针被其他地方引用(比如hash),那么你就必须de-reference,更新所有对原来的地址引用–这个cost也是需要考虑的.但是你直接采用指针,虽然付出了8个字节,但是获得了更多空间重置的灵活性—-在这一点上来看,每一次间接引用(指针)都会带来更多的灵活性,代价是开销.
很多回复都是错上加错,这根本就是一个基本的问题,不值得大惊小怪,leo提出c99要求不严的问题倒是的确存在的。
@neo
同意。
其实也不需要反汇编。
具体到这个例子,用纸和笔模拟一下变量在内存中对应位置的值就可以了。
@lgf2002
赞!!!!!!!!!!!!!
char p[0],和char *p的区别,看了你的回复才看明白。
如果是char *p的话,if(f.a->s)是到0x04这个地址中取指针值,所以会崩溃的。
而char p[0]的话,就直接取0+4为返回值了。