Dlaczego tablice C nie mogą mieć długości 0?

Standard C11 mówi, że tablice, zarówno o wielkości, jak i o zmiennej długości „powinny mieć wartość większą niż zero”. Jakie jest uzasadnienie niedopuszczenia długości 0?

Zwłaszcza w przypadku tablic o zmiennej długości doskonale jest mieć rozmiar zero co jakiś czas. Jest także przydatny w przypadku tablic statycznych, gdy ich rozmiar pochodzi z opcji konfiguracji makra lub kompilacji.

Co ciekawe, GCC (i clang) zapewniają rozszerzenia, które umożliwiają tablice o zerowej długości. Java pozwala także na tablice o długości zero.

Problemem, który postawiłbym, jest to, że tablice C są tylko wskaźnikami do początku przydzielonej części pamięci. Posiadanie rozmiaru 0 oznaczałoby, że masz wskaźnik do ... nic? Nie możesz mieć nic, więc musiałaby zostać wybrana dowolna rzecz. Nie możesz użyć null, ponieważ wtedy tablice o długości 0 wyglądałyby jak wskaźniki zerowe. I w tym momencie każda inna implementacja wybierze różne arbitralne zachowania, prowadzące do chaosu.

Spójrzmy, jak tablica jest zwykle układana w pamięci:

         +----+
arr[0] : |    |
         +----+
arr[1] : |    |
         +----+
arr[2] : |    |
         +----+
          ...
         +----+
arr[n] : |    |
         +----+

Zauważ, że nie ma oddzielnego obiektu o nazwie, arrktóry przechowuje adres pierwszego elementu; gdy w wyrażeniu pojawia się tablica, C oblicza adres pierwszego elementu w razie potrzeby.

Więc pomyślmy o tym: tablica 0-element miałby żadnego przechowywania Odstawić na nim, czyli nie ma nic do obliczania adresu tablicy z (innymi słowy, nie ma odwzorowania obiektu dla identyfikatora). To tak, jakby powiedzieć: „Chcę utworzyć intzmienną, która nie zajmuje pamięci”. To nonsensowna operacja.

Edytować

Tablice Java to zupełnie inne zwierzęta niż tablice C i C ++; nie są typem prymitywnym, ale typem pochodnym Object.

Edytuj ²

Punkt poruszony w poniższych komentarzach - ograniczenie „większe niż 0” dotyczy tylko tablic, w których rozmiar jest określony przez wyrażenie stałe ; VLA może mieć długość 0 Deklaracja VLA z nietrwałym wyrażeniem o wartości 0 nie jest naruszeniem ograniczenia, ale wywołuje niezdefiniowane zachowanie.

Oczywiste jest, że VLA to inne zwierzęta niż zwykłe tablice , a ich implementacja może pozwolić na rozmiar 0 . Nie można ich zadeklarować staticani w zakresie plików, ponieważ rozmiar takich obiektów musi być znany przed uruchomieniem programu.

Nie jest również nic warte, że od C11 implementacje nie są wymagane do obsługi VLA.

Zazwyczaj chciałbyś, aby tablica rozmiarów zero (w rzeczywistości zmiennych) znała swój rozmiar w czasie wykonywania. Następnie spakuj to structi użyj elastycznych elementów tablicy , takich jak np .:

struct my_st {
   unsigned len;
   double flexarray[]; // of size len
};

Oczywiście elastyczny element tablicy musi być ostatnim w swoim rodzaju structi musisz mieć coś wcześniej. Często byłoby to coś związanego z faktyczną długością zajmowanego przez środowisko wykonawcze tego elastycznego elementu tablicy.

Oczywiście przydzieliłbyś:

 unsigned len = some_length_computation();
 struct my_st*p = malloc(sizeof(struct my_st)+len*sizeof(double));
 if (!p) { perror("malloc my_st"); exit(EXIT_FAILURE); };
 p->len = len;
 for (unsigned ix=0; ix<len; ix++)
    p->flexarray[ix] = log(3.0+(double)ix);

AFAIK, było to już możliwe w C99 i jest bardzo przydatne.

BTW, elastyczne elementy tablicy nie istnieją w C ++ (ponieważ trudno byłoby określić, kiedy i jak należy je zbudować i zniszczyć). Zobacz jednak przyszłość std :: dynarray

Jeśli wyrażenie type name[count]jest zapisane w jakiejś funkcji, to powiesz kompilatorowi C, aby przydzielił sizeof(type)*countbajty ramki stosu i obliczył adres pierwszego elementu w tablicy.

Jeśli wyrażenie type name[count]jest zapisane poza wszystkimi definicjami funkcji i struktur, należy poinformować kompilator C, aby przydzielił sizeof(type)*countbajty segmentu danych i obliczył adres pierwszego elementu w tablicy.

namew rzeczywistości jest stałym obiektem, który przechowuje adres pierwszego elementu w tablicy, a każdy obiekt, który przechowuje adres pewnej pamięci, jest nazywany wskaźnikiem, dlatego jest to powód, dla którego traktujesz go namejako wskaźnik, a nie tablicę. Należy pamiętać, że do tablic w C można uzyskać dostęp tylko poprzez wskaźniki.

Jeśli countjest stałym wyrażeniem, którego wynikiem jest zero, to powiesz kompilatorowi C, aby przydzielił zero bajtów albo ramce stosu, albo segmentowi danych i zwrócił adres pierwszego elementu w tablicy, ale problem polega na tym, że pierwszy element tablicy zerowej długości nie istnieje i nie można obliczyć adresu czegoś, co nie istnieje.

Jest to racjonalne, że element nr. count+1nie istnieje w counttablicy -długości, dlatego kompilator C zabrania definiowania tablicy o zerowej długości jako zmiennej wewnątrz i na zewnątrz funkcji, ponieważ jaka jest wówczas jej zawartość name? Jaki namedokładnie adres przechowuje?

Jeśli pjest wskaźnikiem, to wyrażenie p[n]jest równoważne z*(p + n)

Tam, gdzie gwiazdka * w odpowiednim wyrażeniu oznacza dereferencję operacji wskaźnika, co oznacza dostęp do pamięci wskazanej przez p + nlub dostęp do pamięci, w której adres jest zapisany p + n, gdzie p + nwyrażenie wyrażenia, bierze adres pi dodaje do tego adresu liczbę npomnożoną przez rozmiar typu wskaźnika p.

Czy można dodać adres i numer?

Tak, jest to możliwe, ponieważ adres jest liczbą całkowitą bez znaku powszechnie reprezentowaną w notacji szesnastkowej.

Jeśli chcesz wskaźnik do adresu pamięci, zadeklaruj go. Tablica faktycznie wskazuje na zarezerwowaną część pamięci. Tablice zanikają do wskaźników po przekazaniu do funkcji, ale jeśli pamięć, na którą wskazują, znajduje się na stosie, nie ma problemu. Nie ma powodu, aby deklarować tablicę o rozmiarze zero.

Od czasów oryginalnej wersji C89, kiedy norma C określała, że ​​coś ma niezdefiniowane zachowanie, oznaczało to: „Rób wszystko, co sprawi, że implementacja na konkretnej platformie docelowej będzie najbardziej odpowiednia do zamierzonego celu”. Autorzy Standardu nie chcieli zgadywać, jakie zachowania mogą być najbardziej odpowiednie do określonego celu. Istniejące implementacje C89 z rozszerzeniami VLA mogły mieć inne, ale logiczne zachowania, gdy otrzymały rozmiar zero (np. Niektóre mogły traktować tablicę jako wyrażenie adresowe dające wartość NULL, podczas gdy inne traktują ją jako wyrażenie adresowe, które może być równe adresowi inna dowolna zmienna, ale można bezpiecznie dodać zero bez pułapki). Gdyby jakikolwiek kod mógł polegać na tak różnych zachowaniach, autorzy Standardu nie „

Zamiast próbować odgadnąć, co mogą zrobić implementacje, lub sugerować, że każde zachowanie powinno być uważane za lepsze od innych, autorzy Standardu po prostu zezwolili implementatorom na użycie osądu przy rozpatrywaniu tej sprawy w sposób, który uznają za najlepszy. Implementacje, które wykorzystują malloc () za kulisami, mogą traktować adres tablicy jako NULL (jeśli malloc o rozmiarze zero daje zero), te, które używają obliczeń adresu stosu mogą dać wskaźnik, który pasuje do adresu innej zmiennej, a niektóre inne implementacje mogą to zrobić inne rzeczy. Nie sądzę, że spodziewali się, że autorzy kompilatorów zrobią wszystko, aby skrzynka narożna o zerowym rozmiarze zachowywała się celowo bezużyteczna.