【C/C++】柔性数组
其实标题应该去掉C++的。柔性数组是C99中新增的一个特性。
介绍
柔性数组（Flexible Array Member，简称FAM）是C99标准引入的一个特性，允许结构体的最后一个成员是一个未指定大小的数组。这种设计通常用于实现可变长度的数据结构，比如动态缓冲区、消息包等。
使用
struct Packet {int type;int length;char data[]; // 柔性数组成员
};
由于 data[] 没有大小，不能直接定义该结构体的变量，但可以动态分配内存。
比如说我现在要数组里面有100个元素，现在进行malloc一下：
#include<stdlib.h>
#include<memory.h>int data_size = 100;
struct Packet *pkt = malloc(sizeof(struct Packet) + data_size * sizeof(char));
if (pkt) {pkt->type = 1;pkt->length = data_size;strcpy(pkt->data, "Hello, world!");
}
// 使用完毕后释放
free(pkt);
如果你使用C++，那上面的代码是编译不过的。
fm.cc: 在函数‘int main()’中:
fm.cc:13:32: 错误：invalid conversion from ‘void*’ to ‘Packet*’ [-fpermissive]struct Packet *pkt = malloc(sizeof(struct Packet) + data_size * sizeof(char));~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
在 C++ 中，malloc 返回的是 void* 类型。C++ 不允许隐式地将 void* 转换为其他指针类型，这是为了类型安全。但是C就可以这么做。
如果是C++，这行代码需要加上强制转换：
struct Packet *pkt = static_cast<Packet*>(malloc(sizeof(struct Packet) + data_size * sizeof(char)));
ISO C++并不支持柔性数组成员，但是gcc在这里是能编译通过的。
引用gcc官网的原文：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Zero-Length.html#Zero-Length
The GCC extension accepts a structure containing an ISO C99 flexible array
member, or a union containing such a structure (possibly recursively)
to be a member of a structure.
相当于gcc只是作为扩展支持c才引入对柔性数组的支持的，并非C++标准。
优点
大家都在用，不太可能是因为柔性数组难用才故意折磨自己吧。柔性数组在性能上有替代品无法比拟的优势。
我们设想一下，上述代码不使用柔性数组，而是使用指针需要怎么写？
int main()
{int data_size = 100;struct Packet *pkt = static_cast<Packet *>(malloc(sizeof(struct Packet)));if (pkt){pkt->type = 1;pkt->length = data_size;char *data = static_cast<char *>(malloc(data_size * sizeof(char)));strcpy(pkt->data, "Hello, world!");}// 使用完毕后释放free(pkt->data);free(pkt);
}
这存在两个问题：
- 不能保证data的内存和前面两个成员是连续的。这会降低CPU缓存的命中率。而且不方便进行序列化（比如使用
memcpy对整块进行复制） - 相比柔性数组的写法，多分配/释放了一次内存（对data）这样不仅劣化了性能，当结构体对外部封装时，外部也需要分配/释放两次内存（仅针对C语言，毕竟没办法给结构体写成员函数。。。）
问题
最大的问题就是，通用的sizeof并不适用带有柔性数组成员的结构体。
比如越界访问：
pkt->data[200] = 'a'; // 如果只分配了100字节，就会越界
内存大小的错误计算：
malloc(sizeof(struct Packet) + data_size * sizeof(char)); // 正确
// 但容易误写为：
malloc(sizeof(struct Packet)); // 错误：data未分配空间
memcpy在操作的时候也需要注意。说白了，柔性数组的设计也体现了C的设计哲学，也就是给予程序员充分的权力，但是需要程序员自己注意内存分配的问题。但是这问题是注意不了一点。
注意
C99标准本身针对柔性数组的使用给出了指导原则6.7.2.1 §18：
As a special case, the last element of a structure with more than one named member may have an incomplete array type; this is called a flexible array member.
先指出一个问题，就是char data[]并不是指针。data[] 是一个数组类型，但它的大小是未指定的（unspecified）。它不是指针（char*），也不是长度为 0 的数组。它是一个 “不完整类型”（incomplete type），直到你动态分配内存时才“完成”。
类似extern char data[]，对其采用sizeof是非法行为。下面绝大多数注意都基于这个原则。
FAM 必须是最后一个成员
❌ 非法示例：
struct Bad {char data[]; // ❌ 后面还有成员int crc; // 错误：FAM 不在末尾
};
包含 FAM 的结构体必须至少有两个命名成员
❌ 非法示例：
struct OnlyFAM {char data[]; // ❌ 错误：只有一个成员（即使它是 FAM）
};
不能计算柔性数组本身的大小（sizeof 非法）
❌ 非法示例：
struct Packet pkt;
sizeof(pkt.data); // ❌ 错误：不能对 FAM 使用 sizeof
不能定义包含 FAM 的结构体的数组
❌ 非法示例：
struct Packet {int type;char data[];
};struct Packet packets[10]; // ❌ 编译错误
包含 FAM 的结构体不能作为另一个结构体的成员
❌ 非法示例：
struct Inner {int len;char data[];
};struct Outer {int tag;struct Inner inner; // ❌ 错误：FAM 结构体不能嵌套
};
不能对包含 FAM 的结构体使用 sizeof 来分配内存（需手动计算）
❌ 非法示例：
struct Packet *pkt = malloc(sizeof(struct Packet)); // ❌ data[] 无空间
不能直接初始化或赋值包含 FAM 的结构体
❌ 非法示例：
struct Packet p = {1, "hello"}; // ❌ 错误：不能初始化 FAM
struct Packet q = p; // ❌ 错误：不能赋值