Участник:Joparino/Массив переменной длины

В программировании массив переменной длины (англ. variable-length array, VLA), также называемый англ. variable-sized или англ. runtime-sized, представляет собой массивом, длина которого определяется во время выполнения (а не во время компиляции). В C массив переменной длины имеет изменяемый тип, который зависит от значения (см. Зависимый тип).

Основная цель массивов переменной длины — это упростить программирование численных алгоритмов.

Языки программирования, поддерживающие массивы переменной длины: Ada, Algol 68 (для негибких строк), APL, C99 (хотя впоследствии он был отнесен в C11 к условной функции, для поддержки которой реализации не требуются; на некоторых платформах может быть реализован ранее с помощью alloca() или аналогичных функций) и C# (как массивы, выделенные стеком в небезопасном режиме), COBOL, Fortran 90, J, и Object Pascal (язык, используемый в Borland Delphi и Lazarus, использующий FPC).

Память

Распределение памяти

• GNU C Compiler выделяет память для массива переменной длины с автоматическим сроком хранения (англ. automatic storage duration) в стеке. Это более быстрый и простой вариант по сравнению с выделением кучи, и он используется большинством компиляторов.
• Массив переменной длины также могут быть выделены в куче и внутренне доступны с помощью указателя на этот блок.

Реализация

C99

Следующая функция C99 выделяет массив переменной длины заданного размера, заполняет его значениями с плавающей запятой, а затем передает его другой функции для обработки. Из-за того, что массив объявлен как автоматическая переменная, его время жизни заканчивается, когда возвращается read_and_process().

float read_and_process(int n)
{
    float vals[n];

    for (int i = 0; i < n; ++i)
        vals[i] = read_val();

    return process(n, vals);
}

В C99 параметр длины должен предшествовать параметру массива переменной длины при вызовах функций. В C11 определяется макрос __STDC_NO_VLA__, если массив переменной длины не поддерживается. GCC имел массив переменно длины в качестве расширения до C99, которое также распространяется на его диалект C++.

Линус Торвальдс в прошлом выражал свое недовольство использованием массива переменной длины для массивов с заранее заданными малыми размерами, поскольку это порождает ассемблерный код более низкого качества. С Linux 4.20 ядро Linux фактически не содержит массивов переменной длины.

Хотя C11 явно не указывает ограничение по размеру для массивов переменной длины, некоторые читатели считают, что он должен иметь тот же максимальный размер, что и все другие объекты, т.е. SIZE_MAX байт. Однако это значение следует понимать в более широком контексте ограничений среды и платформы, таких как типичный размер страницы с защитой стека 4 КБ, что на много порядков меньше, чем SIZE_MAX.

Можно иметь синтаксис, подобный массиву переменной длины, с динамическим хранением с помощью указателя на массив.

float read_and_process(int n)
{
    float (*vals)[n] = malloc(sizeof(float[n]));

    for (int i = 0; i < n; ++i)
        (*vals)[i] = read_val();

    float ret = process(n, *vals);
    
    free(vals);
    
    return ret;
}

Ada

Ниже приведен тот же пример в Ada. Массивы в Ada несут свои границы вместе с ними, поэтому нет необходимости передавать их длину функции Process.

type Vals_Type is array (Positive range <>) of Float;

function Read_And_Process (N : Integer) return Float is
   Vals : Vals_Type (1 .. N);
begin
   for I in 1 .. N loop
      Vals (I) := Read_Val;
   end loop;
   return Process (Vals);
end Read_And_Process;

Fortran 90

Эквивалентная функция Fortran 90 является

function read_and_process(n) result(o)
    integer,intent(in)::n
    real::o

    real,dimension(n)::vals
    integer::i

    do i = 1,n
       vals(i) = read_val()
    end do
    o = process(vals)
end function read_and_process

при использовании функции Fortran 90 проверки интерфейсов процедур во время компиляции; с другой стороны, если функции используют интерфейс вызова до Fortran 90, сначала должны быть объявлены (внешние) функции, а длина массива должна быть явно передана в качестве аргумента (как в C):

function read_and_process(n) result(o)
    integer,intent(in)::n
    real::o

    real,dimension(n)::vals
    real::read_val, process
    integer::i

    do i = 1,n
       vals(i) = read_val()
    end do
    o = process(vals,n)
end function read_and_process

Cobol

Следующий фрагмент COBOL объявляет массив записей переменной длины DEPT-PERSON, имеющий длину (количество элементов), заданную значением PEOPLE-CNT:

DATA DIVISION.
WORKING-STORAGE SECTION.
01  DEPT-PEOPLE.
    05  PEOPLE-CNT          PIC S9(4) BINARY.
    05  DEPT-PERSON         OCCURS 0 TO 20 TIMES DEPENDING ON PEOPLE-CNT.
        10  PERSON-NAME     PIC X(20).
        10  PERSON-WAGE     PIC S9(7)V99 PACKED-DECIMAL.

Массивы переменной длины в COBOL, в отличие от других языков, упомянутых здесь, безопасен, потому что COBOL требует указания максимального размера массива — в этом примере DEPT-PERSON не может содержать более 20 элементов, независимо от значения PEOPLE-CNT.

C#

Следующий фрагмент C# объявляет массив целых чисел переменной длины. До версии C# 7.2 требуется указатель на массив, что требует "небезопасного" контекста. Ключевое слово "unsafe" требует, чтобы сборка, содержащая этот код, была помечена как небезопасная.

unsafe void DeclareStackBasedArrayUnsafe(int size)
{
    int *pArray = stackalloc int[size];
    pArray[0] = 123;
}

C# версии 7.2 и более поздних версий позволяют выделять массив без ключевого слова "unsafe" с помощью функции Span.

void DeclareStackBasedArraySafe(int size)
{
    Span<int> stackArray = stackalloc int[size];
    stackArray[0] = 123;
}

Object Pascal

В этом языке массив переменной длины называется динамическим массивом. Объявление такой переменной аналогично объявлению статического массива, но без указания его размера. Размер массива задается во время его использования.

program CreateDynamicArrayOfNumbers(Size: Integer);
var
  NumberArray: array of LongWord;
begin
  SetLength(NumberArray, Size);
  NumberArray[0] := 2020;
end.

Удаление содержимого динамического массива выполняется путем присвоения ему нулевого размера.

...
SetLength(NumberArray, 0);
...