28 Фев 2023

Массив переменной длины

28 Фев 2023

Массив переменной длины (a variable-length array) — это массив, длина которого вычисляется на этапе исполнения программы. Несмотря на сбивающее с толку название, длина такого массива не может измениться во время исполнения программы после его декларации. Массив, длина которого может измениться во время исполнения программы, называется массивом с динамической длиной.

Массивы переменной длины опционально доступны в языке C, начиная со стандарта C99, и обязательны к реализации, начиная с C23. В C++ массивы переменной длины доступны только в качестве нестандартных расширений (например, GCC). Вместо них можно использовать нестандартную функцию alloca для выделения памяти на стеке или стандартный контейнер std::vector для управления памятью на куче.

Массив переменной длины декларируется следующим образом:

void foo()
{
  size_t n = ....;
  // ....
  int32_t arr[n];
  ....
}

Размер массива вычисляется во время исполнения при декларации массива. Заметим, что последующее изменение переменной n не повлияет на размер уже задекларированного массива arr:

size_t n = 3;
int32_t arr[n]; // sizeof(arr) == 12
n = 7;          // sizeof(arr) == 12

В зависимости от реализации, массив переменной длины может иметь автоматическое или динамическое время жизни. Если массив имеет автоматическое время жизни, то он аллоцируется на стеке. Если массив имеет динамическое время жизни, то он аллоцируется на куче. В обоих случаях массив деаллоцируется при выходе из области видимости. В случае, если массив переменной длины аллоцируется на стеке, есть опасность переполнить стек, задав слишком большой размер массива.

Массив переменной длины также может быть объявлен как параметр функции. Размер может быть указан через '*' (такое разрешено только при декларации формальных параметров и только в прототипе функции), в этом случае массив имеет неуточненный размер. Пример объявления:

int sum(size_t n, int arr[*]);

При передаче массива переменной длины он также, как и обычные массивы, передаётся через указатель. Поэтому sizeof(arr) == sizeof(int *).

Рассмотрим пример использования массива переменной длины. Допустим, нам нужно вычислить сумму произвольного количества чисел. Поскольку на этапе компиляции количество чисел неизвестно, используем массив переменной длины:

int32_t get_int32_t();
int32_t sum_impl(size_t, int32_t arr[*]);

int32_t sum_impl(size_t n, int32_t arr[n])
{
  int32_t sum = 0;
  for (size_t i = 0; i < n; ++i)
  {
    sum += arr[i];
  }

  return sum;
}

int32_t sum(size_t n)
{
  int32_t array[n];
  for (size_t i = 0; i < n; ++i)
  {
    array[i] = get_int32_t();
  }
  
  return sum_impl(n, array);
}

В этом примере аргумент int32_t arr[n] эквивалентен int32_t *arr. Такую форму записи указателя используем, чтобы человеку, читающему код, было ясно, что в качестве второго аргумента функции ожидается массив переменной длины, а не простой указатель.