Question

可能重复：
Is the “struct hack” technically undefined behavior?

通常访问超出其结尾的数组是C中未定义的行为。例如：

int foo[1];
foo[5] = 1; //Undefined behavior

如果我知道数组末尾之后的内存区域是用malloc还是在堆栈上分配的话，它仍然是未定义的行为吗？这是一个例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct
{
  int len;
  int data[1];
} MyStruct;

int main(void)
{
  MyStruct *foo = malloc(sizeof(MyStruct) + sizeof(int) * 10);
  foo->data[5] = 1;
}

我已经看到在几个地方使用这个模式制作一个可变长度的结构，它似乎在实践中起作用。这是技术上未定义的行为吗？

Answer 1

你所描述的是被亲切地称为"the struct hack"。目前尚不清楚它是否完全没问题，但它已被广泛使用。

到目前为止（C99），它已经开始被“灵活数组成员”取代，如果它是最后一个字段，你可以放置int data[];字段在结构中。

Answer 2

在 6.5.6附加运算符：

下

语义
8 - [...]如果指针操作数指向数组对象的元素，并且数组足够大，则结果指向偏离原始元素的元素，使得下标的差别为结果和原始数组元素等于整数表达式。 [...]如果结果指向数组对象的最后一个元素之后，则不应将其用作被评估的一元*运算符的操作数。

如果内存由malloc分配，则：

7.22.3内存管理功能

1 - [...]如果分配成功，则返回的指针被适当地对齐，以便可以将其分配给指向具有基本对齐要求的任何类型对象的指针，然后用于访问此类对象或数组分配的空间中的此类对象（直到空间被明确释放）。分配对象的生命周期从分配延伸到释放。

然而，如果没有适当的强制转换，这并不支持使用这样的内存，因此对于上面定义的MyStruct，只能使用对象的声明成员。这就是添加灵活数组成员（6.7.2.1:18）的原因。

另请注意，附录 J.2未定义的行为会调用数组访问：

1 - 在下列情况下，行为未定义：[...]
   - 在数组对象和数组对象中添加或减去指针   整数类型产生的结果不会指向同一个数组，或者只是指向同一个数组   对象。
   - 在数组对象和数组对象中添加或减去指针   整数类型产生的结果指向数组对象之外并用作   被评估的一元*运算符的操作数    - 数组下标超出范围，即使某个对象显然可以使用   给定下标（如左边的表达式a[1][7]给出声明int a[4][5])。

所以，你注意到这将是未定义的行为：

  MyStruct *foo = malloc(sizeof(MyStruct) + sizeof(int) * 10);
  foo->data[5] = 1;

但是，您将允许执行以下操作：

  MyStruct *foo = malloc(sizeof(MyStruct) + sizeof(int) * 10);
  ((int *) foo)[(offsetof(MyStruct, data) / sizeof(int)) + 5] = 1;

C ++在这方面比较宽松; 3.9.2化合物类型[basic.compound] 具有：

3 - [...]如果T类型的对象位于地址A，则类型为cv T*的指针的值为地址A据说无论价值如何获得，都指向该对象。

考虑到C对指针的更积极的优化机会，这是有道理的。使用restrict限定符。

Answer 3

C99基本原理文件在第6.7.2.1节中讨论了这一点。

C99的一个新功能：有一个常见的习惯用语称为“struct hack”，用于创建包含可变大小数组的结构：

...

这种结构的有效性一直是值得怀疑的。在对一个缺陷报告的回复中，委员会认为它是未定义的行为，因为数组p->items只包含一个项目，无论该空间是否存在。另一种结构是   建议：使数组大小大于最大可能情况（例如，使用int items[INT_MAX];），但由于其他原因，此方法也未定义。

委员会认为，虽然没有办法在C89中实施“结构黑客”，但它仍然是一个有用的设施。因此，引入了“柔性阵列成员”的新特征。除了空括号，并删除malloc电话中的“-1”，   它的使用方式与struct hack相同，但现在是明确有效的代码。

struct hack是未定义的行为，因为不仅支持C规范本身（我确信在其他答案中有引用），但委员会甚至记录了它的意见。

所以答案是是，根据标准文档它是未定义的行为，但它是根据事实上的 C标准很好地定义的。我想大多数编译器编写者都非常熟悉黑客攻击。来自海湾合作委员会的tree-vrp.c：

   /* Accesses after the end of arrays of size 0 (gcc
      extension) and 1 are likely intentional ("struct
      hack").  */

我认为你很有可能在编译器测试套件中找到struct hack。

如果分配了该区域，那么访问超出其结尾的数组是不确定的行为？

3 个答案:

7.22.3内存管理功能