Was ist die maximale Größe eines Arrays in C?

Ich verstehe, dass die Hardware die während der Programmausführung zugewiesene Speichermenge begrenzt. Allerdings ist meine Frage ohne Rücksicht auf die Hardware. Angenommen, es gäbe keine Begrenzung für die Speichermenge, gäbe es dann keine Begrenzung für das Array?

Es gibt kein Fest Begrenzung der Größe eines Arrays in C.

Die Größe jedes einzelnen Objekts, einschließlich jedes Array-Objekts, ist begrenzt durch SIZE_MAXder maximale Wert des Typs size_tdas ist das Ergebnis der sizeof Operator. (Es ist nicht ganz klar, ob der C-Standard Objekte erlaubt, die größer sind als SIZE_MAX Bytes, aber in der Praxis werden solche Objekte nicht unterstützt; siehe Fußnote.) Seit SIZE_MAX wird durch die Implementierung bestimmt und kann von keinem Programm geändert werden, das eine Obergrenze von vorschreibt SIZE_MAX Bytes für ein einzelnes Objekt. (Das ist eine Obergrenze, nicht zuletzt eine Obergrenze; ​​Implementierungen können kleinere Grenzen auferlegen und tun dies normalerweise auch.)

Die Breite des Typs void*ein generischer Zeigertyp, erlegt der Gesamtgröße aller Objekte in einem ausgeführten Programm eine Obergrenze auf (die größer sein kann als die maximale Größe eines einzelnen Objekts).

Der C-Standard erlegt diesen festen Größen Untergrenzen, aber keine Obergrenzen auf. Keine konforme C-Implementierung kann Objekte unendlicher Größe unterstützen, aber im Prinzip kann sie Objekte jeder endlichen Größe unterstützen. Obergrenzen werden durch einzelne C-Implementierungen, durch die Umgebungen, in denen sie arbeiten, und durch die Physik, nicht durch die Sprache, auferlegt.

Beispielsweise könnte eine konforme Implementierung haben SIZE_MAX gleich 2¹⁰²⁴-1, was bedeutet, dass es möglich ist allgemein gesagt have objects up to 179769313486231590772930519078902473361797697894230657273430081157732675805500963132708477322407536021120113879871393357658789768814416622492847430639474124377767893424865485276302219601246094119453082952085005768838150682342462881473913110540827237163350510684586298239947245938479716304835356329624224137215 bytes.

Viel Glück beim Finden von Hardware, die solche Objekte tatsächlich unterstützt.

Fußnote: Es gibt keine explizite Regel, dass kein Objekt größer sein darf als SIZE_MAX Byte. Sie konnten das nicht sinnvoll anwenden sizeof Operator zu einem solchen Objekt, aber wie jeder andere Operator, sizeof kann überlaufen; Das bedeutet nicht, dass Sie an einem solchen Objekt keine Operationen ausführen können. Aber in der Praxis wird jede vernünftige Implementierung machen size_t groß genug, um die Größe jedes unterstützten Objekts darzustellen.

C99 5.2.4.1 “Übersetzungsgrenzen” minimale Größe

Die Implementierung muss in der Lage sein, mindestens ein Programm zu übersetzen und auszuführen, das mindestens eine Instanz jeder der folgenden Grenzen enthält: 13)

• 65535 Bytes in einem Objekt (nur in einer gehosteten Umgebung)

13. Implementierungen sollten nach Möglichkeit vermeiden, feste Übersetzungsgrenzen aufzuerlegen.

Dies deutet darauf hin, dass eine konforme Implementierung sich weigern könnte, ein Objekt (das Arrays enthält) mit mehr als zu kompilieren short Bytes.

PTRDIFF_MAX legt auch einige Grenzen für Array sagt fest

Der C99-Standard 6.5.6 Additive Operatoren sagt:

9 Wenn zwei Zeiger subtrahiert werden, müssen beide auf Elemente desselben Array-Objekts zeigen oder um eins nach dem letzten Element des Array-Objekts; das Ergebnis ist die Differenz der Indizes der beiden Array-Elemente. Die Größe des Ergebnisses ist implementierungsdefiniert, und sein Typ (ein vorzeichenbehafteter ganzzahliger Typ) ist es ptrdiff_t definiert in der <stddef.h> Header. Wenn das Ergebnis in einem Objekt dieses Typs nicht darstellbar ist, ist das Verhalten undefiniert.

Was für mich bedeutet, dass Arrays größer als sind ptrdiff_t sind theoretisch erlaubt, aber dann können Sie die Differenz ihrer Adressen nicht portabel nehmen.

Vielleicht scheint GCC Sie aus diesem Grund nur darauf zu beschränken ptrdiff_t. Dies wird auch erwähnt unter: Warum ist die maximale Größe eines Arrays “zu groß”?

Experimente

Vielleicht kommt es letztendlich darauf an, was Ihr Compiler akzeptiert, also los geht’s:

Haupt c

#include <stdint.h>

TYPE a[(NELEMS)];

int main(void) {
    return 0;
}

Größen.c

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

int main(void) {
    printf("PTRDIFF_MAX 0x%jx\n", (uintmax_t)PTRDIFF_MAX);
    printf("SIZE_MAX    0x%jx\n", (uintmax_t)SIZE_MAX);
    return 0;
}

Und dann versuchen wir zu kompilieren mit:

gcc -ggdb3 -O0 -std=c99 -Wall -Wextra -pedantic -o sizes.out sizes.c
./sizes.out
gcc -ggdb3 -O0 -std=c99 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out \
  -DNELEMS='((2lu << 62) - 1)' -DTYPE=uint8_t main.c 

Ergebnisse:

• PTRDIFF_MAX: 0x7fffffffffffffff = 2^63 – 1

• SIZE_MAX: 0xffffffffffffffff = 2^64 – 1

• -DNELEMS='((2lu << 62) - 1)' -DTYPE=uint8_t: kompiliert (== 2^63 – 1). Wenn ich es auf meinem System mit nur 32 GB RAM ausführe, tritt sofort ein Segfault auf 🙂

• -DNELEMS='(2lu << 62)' -DTYPE=uint8_t: Kompilierung schlägt fehl mit:

  error: size of array ‘a’ is too large
  

• -DNELEMS='(2lu << 62 - 1)' -DTYPE=uint16_t: Kompilierung schlägt fehl mit:

  error: size ‘18446744073709551614’ of array ‘a’ exceeds maximum object size ‘9223372036854775807’
  

  wo 9223372036854775807 == 0x7fffffffffffffff

Daraus verstehen wir, dass GCC zwei Einschränkungen mit unterschiedlichen Fehlermeldungen auferlegt:

• Anzahl der Elemente darf 2^63 nicht überschreiten (passiert mit == PTRDIFF_MAX)
• Arraygröße darf 2^63 nicht überschreiten (passiert auch == PTRDIFF_MAX)

Getestet auf Ubuntu 20.04 amd64, GCC 9.3.0.

Siehe auch

• Gibt es Größenbeschränkungen für C-Strukturen?
• Was ist der richtige Typ für Array-Indizes in C?

Unabhängig vom Arbeitsspeicher ist die maximale Größe eines Arrays durch den Integertyp begrenzt, der zum Indizieren des Arrays verwendet wird.

Ein 64-Bit-Rechner könnte theoretisch maximal 2^64 Byte Speicher adressieren.

Ich denke, das größte theoretische Array wäre der maximale Wert von “unsigned long” (oder was auch immer die größte ganze Zahl ist, die der neueste Standard / Ihr Compiler unterstützt).

Die Größe des Zeigers begrenzt den Speicher, auf den Sie zugreifen können. Selbst wenn die Hardware Unterstützung für unbegrenzten Speicher bietet, können Sie nur auf 2^64 Byte Speicher zugreifen, wenn der größte Datentyp, den Sie verwenden können, 64 Bit ist.

Ich suchte nach einer Möglichkeit, die maximale Größe für ein Array zu bestimmen. Diese Frage scheint dasselbe zu stellen, also möchte ich meine Erkenntnisse teilen.

Anfänglich stellt C keine Funktion bereit, um die maximale Anzahl von Elementen zu bestimmen, die in einem Array zur Kompilierzeit zuweisbar sind. Dies liegt daran, dass es vom verfügbaren Speicher der Maschine abhängt, auf der es ausgeführt wird.

Andererseits habe ich festgestellt, dass Speicherzuweisungsfunktionen (calloc() und malloc()) ermöglichen die Zuweisung größerer Arrays. Darüber hinaus können Sie mit diesen Funktionen Laufzeitfehler bei der Speicherzuordnung behandeln.

Ich hoffe, das hilft.