可靠地确定数组中的元素数量

Question

每个C程序员都可以使用这个众所周知的宏来确定数组中元素的数量:

#define NUM_ELEMS(a) (sizeof(a)/sizeof 0[a])

这是一个典型的用例:

int numbers[] = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19};
printf("%lu\n", NUM_ELEMS(numbers));          // 8, as expected

但是,没有什么能阻止程序员意外地传递指针而不是数组:

int * pointer = numbers;
printf("%lu\n", NUM_ELEMS(pointer));

在我的系统上,这打印2,因为显然,指针是整数的两倍.我想过如何防止程序员错误地传递指针,我找到了一个解决方案:

#define NUM_ELEMS(a) (assert((void*)&(a) == (void*)(a)), (sizeof(a)/sizeof 0[a]))

这是有效的,因为指向数组的指针与指向其第一个元素的指针具有相同的值.如果改为传递指针,指针将与指向自身的指针进行比较,这几乎总是假的.(唯一的例外是递归的void指针,也就是指向自身的void指针.我可以忍受它.)

意外地传递指针而不是数组现在在运行时触发错误:

Assertion `(void*)&(pointer) == (void*)(pointer)' failed.

太好了!现在我有几个问题:

1. 我的用法是assert逗号表达式的左操作数有效标准C吗？也就是说,标准是否允许我assert用作表达式？对不起,如果这是一个愚蠢的问题:)

2. 可以在编译时以某种方式完成检查吗？

3. 我的C编译器认为这int b[NUM_ELEMS(a)];是一个VLA.有没有办法说服他呢？

4. 我是第一个想到这个吗？如果是这样,我可以期待在天堂等待多少处女？:)

Answer 1

我使用assert作为逗号表达式有效标准C的左操作数吗？也就是说,标准是否允许我使用assert作为表达式？

是的,它是有效的,因为逗号运算符的左操作数可以是类型的表达式void.并且assert函数具有void返回类型.

我的C编译器认为int b [NUM_ELEMS(a)]; 是一个VLA.有没有办法说服他呢？

它认为是因为逗号表达式的结果永远不是常量表达式(例如,1,2不是常量表达式).

EDIT1:添加以下更新.

我有另一个版本的宏在编译时工作:

#define NUM_ELEMS(arr)                                                 \
 (sizeof (struct {int not_an_array:((void*)&(arr) == &(arr)[0]);}) * 0 \
  + sizeof (arr) / sizeof (*(arr)))

这似乎也适用于具有静态存储持续时间的对象的初始化程序.并且它也适用于你的例子int b[NUM_ELEMS(a)]

EDIT2:

解决@DanielFischer评论.宏上面工作gcc ,而不 -pedantic只是因为gcc接受:

(void *) &arr == arr

作为一个整数常量表达式,它考虑

(void *) &ptr == ptr

不是整数常量表达式.据到C他们都没有整型常量表达式,并用-pedantic,gcc正确的问题在这两种情况下的诊断.

据我所知,没有100%可移植的方式来编写这个NUM_ELEM宏.C具有更灵活的规则和初始化程序常量表达式(参见C99中的6.6p7),可以利用它来编写这个宏(例如使用sizeof和复合文字),但是在块作用域C不要求初始化器是常量表达式所以它不会可以有一个宏,它适用于所有情况.

EDIT3:

我认为值得一提的是,Linux内核有一个ARRAY_SIZE宏(in include/linux/kernel.h),在执行稀疏(内核静态分析检查器)时实现这样的检查.

他们的解决方案不可移植,并使用两个GNU扩展:

• typeof 操作者
• __builtin_types_compatible_p 内置功能

基本上它看起来像这样:

#define NUM_ELEMS(arr)  \
 (sizeof(struct {int :-!!(__builtin_types_compatible_p(typeof(arr), typeof(&(arr)[0])));})  \
  + sizeof (arr) / sizeof (*(arr)))

Answer 2

1. 是的。逗号运算符的左侧表达式始终计算为 void 表达式 (C99 6.5.17#2)。由于assert()是一个 void 表达式，所以一开始就没有问题。
2. 或许。虽然 C 预处理器不知道类型和强制转换并且无法比较地址，但您可以使用与在编译时评估 sizeof() 相同的技巧，例如声明一个数组，其维度是布尔表达式。当为 0 时，表示违反约束，必须发出诊断。我在这里尝试过，但到目前为止还没有成功......也许答案实际上是“不”。
3. 不。（指针类型的）强制转换不是整型常量表达式。
4. 可能不是（现在阳光下没什么新鲜事）。不确定数量的不确定性别的处女:-)