GNU C中的零长数组

C语言没有STL，缺乏对动态长度字符串功能的支持；同时，C使用'\0'判断字符串的结尾，不具有二进制安全性。然而在程序开发时，我们可以通过自定义的方式，实现简易的动态长度字符串功能。
动态长度字符串结构定义如下：

struct DynamicBuffer
{
  unsigned len;  // 实际长度
  unsigned free;  // 剩余可用空间大小
  char data[0];  // 实际内容
};

其中，较为少见的是DynamicBuffer结构中的最后一项——定义了长度为0的字符数组。零长数组是在GNU C中定义的一项功能：

Zero-length arrays are allowed in GNU C. They are very useful as the last element of a structure which is really a header for a variable-length object.

在其他环境中编译含有零长数组的代码可能会导致编译错误。

在DynamicBuffer的定义中，我们当然也可以用char*来保存字符串数据。但是，使用零长数组代替数组指针具有以下优势：

• 指针占用存储空间；而零长数组则不占用结构体空间。
• 使用指针需要初始化，使用时需要间接寻址；零长数组不需要初始化，内存地址和后面的元素地址相同，数组名可以直接当作指针使用。

程序测试用例如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define LENGTH 5

struct DynamicBuffer1
{
    unsigned len;
    unsigned free;
    char *data;
}__attribute((packed));

struct DynamicBuffer2
{
    unsigned len;
    unsigned free;
    char data[0];
}__attribute((packed));

int main()
{
    struct DynamicBuffer1 *b1;
    struct DynamicBuffer2 *b2;
    int i;

    printf("DynamicBuffer1 length: %d\n",sizeof(struct DynamicBuffer1));
    printf("DynamicBuffer2 length: %d\n",sizeof(struct DynamicBuffer2));

    b1=(struct DynamicBuffer1*)malloc(sizeof(struct DynamicBuffer1));
    b1->len=0;
    b1->free=LENGTH;
    b1->data=(char *)malloc(sizeof(char)*LENGTH + 1);
    b1->data[0] = 100;
    b1->free--;
    b1->len++;
    printf("\nb1->len=%d,b1->free=%d,*(b1->data)=%d\n",b1->len,b1->free,*b1->data);
    printf("b1\t\t address: %p\n", b1);
    printf("b1->len\t address: %p\n", &(b1->len));
    printf("b1->free\t address: %p\n", &(b1->free));
    printf("b1->data\t address: %p\n", b1->data);

    b2=(struct DynamicBuffer2*)malloc(sizeof(struct DynamicBuffer2)+sizeof(char)*LENGTH + 1);
    b2->len=0;
    b2->free=LENGTH;
    for(i=0;i<LENGTH;i++)
    {
        b2->data[i]=i;
        b2->free--;
        b2->len++;
    }
    printf("\nb2->len=%d,b2->free=%d\n",b2->len,b2->free);
    printf("b2\t\taddress: %p\n", b2);
    printf("b2->len\taddress: %p\n", &(b2->len));
    printf("b2->free\taddress: %p\n", &(b2->free));
    printf("b2->data\taddress: %p\n", b2->data);
    free(b1->data);
    free(b1);
    free(b2);
}

用例输出：

DynamicBuffer1 length: 16
DynamicBuffer2 length: 8
b1->len=1,b1->free=4,*(b1->data)=100
b1 address: 0x1ae7010
b1->len address: 0x1ae7010
b1->free address: 0x1ae7014
b1->data address: 0x1ae7030
b2->len=5,b2->free=0
b2 address: 0x1ae7050
b2->len address: 0x1ae7050
b2->free address: 0x1ae7054
b2->data address: 0x1ae7058

可见，通过零长数组定义的DynamicBuffer2占用的内存空间只有8个字节（两个整形变量的空间），且data数组地址紧邻DynamicBuffer2的内存地址。Redis的SDS API也使用了类似的方式，提供了二进制安全的动态长度字符串功能。