VLA 原型和多维数组参数

Question

我创建了一个 C99 VLA 函数：

void create_polygon(int n, int faces[][n]);

我想在另一个分配我的二维数组的函数中调用这个函数:

void parse_faces()
{
    int faces[3][6];

    create_polygon(6, faces);
}

当我传递一个二维数组作为参数时，它传递一个指向 6 整数数组的指针，引用调用函数中的堆栈内存。

此处的 VLA 参数仅用作类型声明（不分配任何实际内存），告诉编译器使用 ((int*)faces)[i * 6 + j] 而不是 faces[i][j] 以行优先顺序访问数据。

使用 VLA 参数或固定大小声明函数有什么区别？

Answer 1

faces[i][j] 总是等同于 *(*(faces + i) + j)，无论是否有 VLA。

现在让我们比较两个变体（不考虑您实际上还需要外部维度来防止迭代时超出数组边界）：

void create_polygon1(int faces[][6]);
void create_polygon2(int n, int faces[][n]);

传递给最初的数组是作为经典数组还是作为 VLA 创建的并不重要，第一个函数接受长度恰好为 6 的数组，第二个函数可以接受任意长度的数组（假设到目前为止已经清楚... ).

faces[i][j] 现在将翻译为：

*((int*)faces + (i * 6 + j)) // (1)
*((int*)faces + (i * n + j)) // (2)

差异看起来微乎其微，但在汇编程序级别上可能会变得更加明显（假设所有变量都存储在堆栈中；假设 sizeof(int) == 4）：

LD     R1, i;
LD     R2, j;
MUL    R1, R1, 24; // using a constant! 24: 6 * sizeof(int)!
MUL    R2, R2, 4;  // sizeof(int)
ADD    R1, R2, R2; // index stored in R1 register

LD     R1, i;
LD     R2, j;
LD     R3, m;      // need to load from stack
MUL    R3, R3, 4;  // need to multiply with sizeof(int) yet     
MUL    R1, R1, R3; // can now use m from register R3
MUL    R2, R2, 4;  // ...
ADD    R1, R2, R2; // ...

当然，真正的汇编代码可能会有所不同，特别是如果您使用允许在寄存器中传递一些参数的调用约定（那么可能不需要将 n 加载到 R3 中）。

为了完整性（由于评论而添加，与原始问题无关）：
还有 int* array[] 案例：由指向数组的指针数组表示。

*((int*)faces + (i * ??? + j))

不再起作用，因为 faces 在这种情况下不是连续的内存（当然，指针本身在连续的内存中，但不是所有 faces[i][j]）。我们被迫做：

*(*(faces + i) + j)

因为我们需要在应用下一个索引之前取消引用数组中的真实指针。汇编代码（为了比较，首先需要指向二维数组的指针的更完整变体）：

LD     R1, faces;
LD     R2, i;
LD     R3, j;
LD     R4, m;      // or skip, if no VLA
MUL    R4, R4, 4;  // or skip, if no VLA
MUL    R2, R2, R3; // constant instead of R3, if no VLA
MUL    R3, R3, 4;
ADD    R2, R2, R3; // index stored in R1 register
ADD    R1, R1, R2; // offset from base pointer
LD     R1, [R1];   // loading value of faces[i][j] into register

LD     R1, faces;
LD     R2, i;
LD     R3, j;
MUL    R2, R2, 8;  // sizeof(void*) (any pointer)
MUL    R3, R3, 4;  // sizeof(int)
ADD    R1, R1, R2; // address of faces[i]
LD     R1, [R1];   // now need to load address - i. e. de-referencing faces[i]
ADD    R1, R1, R3; // offset within array
LD     R1, [R1];   // loading value of faces[i][j] into register

Answer 2

我反汇编了这段代码：

void    create_polygon(int n, int faces[][6])
{
    int a = sizeof(faces[0]);
    (void)a;
}

使用 VLA 参数：

movl    %edi, -4(%rbp)   # 6
movq    %rsi, -16(%rbp)  # faces
movl    %edi, %esi
shlq    , %rsi         # 6 << 2 = 24
movl    %esi, %edi

固定尺寸：

movl    %edi, -4(%rbp)
movq    %rsi, -16(%rbp)
movl    , %edi        # 24

正如 Aconcagua 指出的那样，在使用 VLA 的第一个示例中，通过将 int 的大小乘以第二维的大小，在运行时间计算大小，即存储在 rsi 中的参数，然后移动到 edi.

在第二个示例中，大小是在编译时直接计算并放入edi。主要优点是能够在传递不同大小时检查不正确的指针类型参数，从而避免崩溃。

VLA 原型和多维数组参数

VLA prototype and multidimensional array argument

c

arrays

multidimensional-array

variable-length-array