Gibt es Größenbeschränkungen für C-Strukturen?

Gibt es Größenbeschränkungen für C-Strukturen?

Aus dem C-Standard:

5.2.4.1 Übersetzungsgrenzen

1 Die Implementierung muss in der Lage sein, mindestens ein Programm zu übersetzen und auszuführen, das mindestens eine Instanz jeder der folgenden Grenzen enthält:

… — 65535 Bytes in einem Objekt (nur in einer gehosteten Umgebung)
… — 1023 Mitglieder in einer einzigen Struktur oder Gewerkschaft
… — 63 Ebenen verschachtelter Struktur- oder Union-Definitionen in einer einzigen Struktur-Deklarations-Liste … 13) Implementierungen sollten es vermeiden, feste Übersetzungsgrenzen aufzuerlegen, wann immer dies möglich ist.

Ansonsten gilt die Obergrenze SIZE_MAX (Maximalwert für size_t).

Seit der sizeof Operator liefert ein Ergebnis vom Typ size_tsollte die Grenze sein SIZE_MAX.

Sie können den Wert bestimmen SIZE_MAX so was:

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

int main (void) {
  printf("%zu", SIZE_MAX);
  return 0;
}

Das sollte der Compiler zulassen. Was die Laufzeitumgebung zulässt, ist eine andere Geschichte.

Das Deklarieren eines ähnlich großen Objekts auf dem Stapel (lokal) funktioniert in der Praxis nicht, da der Stapel wahrscheinlich viel, viel kleiner ist als SIZE_MAX.

Ein solches Objekt global zu haben, könnte dazu führen, dass sich der ausführbare Lader beim Programmstart beschwert.

Empirische Analyse

In der Praxis scheinen Implementierungen wie GCC nur Strukturen kleiner als zuzulassen size_tvielleicht gebunden durch PTRDIFF_MAX. Siehe auch: Was ist die maximale Größe eines Arrays in C?

Verwendung:

 for i in `seq 32`; do printf "typedef struct { S$i x; S$i y; } S$(($i+1));\n"; done

Wir machen das Programm:

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

typedef struct { uint8_t i; } S0;
typedef struct { S0 x; S0 y; } S1;
typedef struct { S1 x; S1 y; } S2;
typedef struct { S2 x; S2 y; } S3;
typedef struct { S3 x; S3 y; } S4;
typedef struct { S4 x; S4 y; } S5;
typedef struct { S5 x; S5 y; } S6;
typedef struct { S6 x; S6 y; } S7;
typedef struct { S7 x; S7 y; } S8;
typedef struct { S8 x; S8 y; } S9;
typedef struct { S9 x; S9 y; } S10;
typedef struct { S10 x; S10 y; } S11;
typedef struct { S11 x; S11 y; } S12;
typedef struct { S12 x; S12 y; } S13;
typedef struct { S13 x; S13 y; } S14;
typedef struct { S14 x; S14 y; } S15;
typedef struct { S15 x; S15 y; } S16;
typedef struct { S16 x; S16 y; } S17;
typedef struct { S17 x; S17 y; } S18;
typedef struct { S18 x; S18 y; } S19;
typedef struct { S19 x; S19 y; } S20;
typedef struct { S20 x; S20 y; } S21;
typedef struct { S21 x; S21 y; } S22;
typedef struct { S22 x; S22 y; } S23;
typedef struct { S23 x; S23 y; } S24;
typedef struct { S24 x; S24 y; } S25;
typedef struct { S25 x; S25 y; } S26;
typedef struct { S26 x; S26 y; } S27;
typedef struct { S27 x; S27 y; } S28;
typedef struct { S28 x; S28 y; } S29;
typedef struct { S29 x; S29 y; } S30;
/*typedef struct { S30 x; S30 y; } S31;*/
S30 s;

int main(void) {
    printf("%jx\n", (uintmax_t)sizeof(s));
    return 0;
}

und dann in Ubunbu 17.10:

$ arm-linux-gnueabi-gcc --version
arm-linux-gnueabi-gcc (Ubuntu/Linaro 7.2.0-6ubuntu1) 7.2.0
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

$ arm-linux-gnueabi-gcc -std=c99 main.c

funktioniert. Aber wenn wir auskommentieren S31es schlägt fehl mit:

main.c:35:16: error: type ‘struct <anonymous>’ is too large
typedef struct { S30 x; S30 y; } S31;

Die maximale Größe liegt also zwischen 2^30 und (2^31 – 1).

Dann können wir konvertieren S30 zu:

typedef struct { S29 x; S29 y; uint8_t a[(2lu << 29) - 1]; } S30;

und damit stellen wir fest, dass die maximale Größe tatsächlich ist 2^31 - 1 == PTRDIFF_MAX zu dieser Implementierung.