C语言不完整声明、复合类型与0长度数组规范及代码片段疑问

设计动机 #

这段内容是C标准化过程中针对实际开发的常见需求做的规则权衡，核心出发点有两个：

• 兼容不完整类型的合并逻辑：实际开发中经常出现多次声明同一个数组/函数但信息不全的情况，比如先声明extern int arr[];（未指定数组长度），后面再定义int arr[10];，复合类型和类型兼容规则就是为了让这类声明能被正确合并，不会报类型不兼容的错误。
• 兼顾零长数组的使用场景和原有标准原则：C标准一直有「长度为0的对象非法」的通用规则，所以不允许单独声明int arr[0];这类变量。但当时开发者已经普遍使用「结构体尾部放短长度数组+动态分配额外空间」的方式实现变长结构体，标准就单独为这个场景开了口子，允许零长数组作为结构体成员的特殊用法，不用严格遵守零长度对象的禁用规则。

代码片段理解 #

这是C99正式引入柔性数组成员之前，开发者通用的变长结构体实现范式：

struct segment {
    short int    count;
    char    c[N];
};

struct segment * new_segment( const int length ) {
    struct segment * result;
    // 申请的内存 = 结构体本身占用的大小 + 额外需要的数组空间大小
    result = malloc( sizeof(struct segment) + (length-N) );
    result->count = length;
    return result;
}

逻辑很简单：结构体本身的大小已经包含了长度为N的数组成员c的空间，如果你需要c能存储length个元素，只需要在结构体本身的大小基础上多申请length-N字节的内存即可，这些多出来的内存会紧跟在结构体后面，可以合法通过c的下标访问。
举个实际例子：如果N是1，那sizeof(struct segment)已经包含了c[0]的1字节空间，要是你需要存10个char，就多申请9字节，总空间刚好够存10个元素。

N的来源 #

N是代码里提前自行定义的宏常量，通常只有两种取值：

• 如果你要兼容最严格的C89标准，就把N定义为1：这是C89唯一允许的最小数组长度，缺点是结构体本身会多占1字节的冗余空间，计算申请内存大小的时候也要多减1。
• 如果你的编译器支持0长度数组扩展（大部分编译器比如GCC、Clang很早就支持），就把N定义为0：没有冗余空间，计算内存的时候直接加length就行，写起来更简单。
  后来C99正式把这个用法标准化为柔性数组成员，要求直接写char c[];，不需要再手动定义N，也不用处理N的取值问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Michael Munta