C语言程序开发中，怎样检查接收到的参数是指针还是数组？

我的上一篇文章讨论了 Linux 内核C语言源码中的两个宏：

#define BUILD_BUG_ON_ZERO(e) (sizeof(struct { int:-!!(e); }))
#define BUILD_BUG_ON_NULL(e) ((void *)sizeof(struct { int:-!!(e); }))

如果读者看了上一篇文章，应该已经明白这两个宏具备编译时检查C语言代码的功能，能够帮助程序员在程序运行之前发现错误。

这两个宏有实用价值吗

BUILD_BUG_ON_XX 宏只能判断常量表达式，似乎没有什么应用价值，毕竟两个常量的对比谁会弄错呢？有读者（@Gerafore）不知道哪种场合用的是，甚至还有读者（@帖木兒）认为这样的宏根本就没有什么用处。

其实 BUILD_BUG_ON_XX 宏就相当于计算器，1 与 0 对比没人弄错，若是常量表达式在复杂一些呢？例如 1234 * 4321 和 2223 * 2322 的对比，如果再复杂些呢？要程序员自己手动去计算这些，就有些丢失编程的意义了，毕竟编程本来是希望计算机处理这些计算的。

另外，在实际的C语言程序开发中，通常都会用到大量的宏，要是每次用到宏，都去翻一翻它的值，再手动计算对比该有多烦啊！

BUILD_BUG_ON_XX 宏的应用还有很多，例如它还可以和一些C语言编译器内置函数结合使用，比如 __builtin_types_compatible_p() 函数，它接收两个数据类型，如果两个数据类型相同，则返回 1，否则返回 0。有趣的是，__builtin_types_compatible_p() 函数返回值是常量，这就为使用类似于BUILD_BUG_ON_XX 的宏提供了条件。

我之前有文章曾讨论过如何使用 sizeof() 关键字计算C语言数组长度：

#define        arr_len(arr)    (size_t)(sizeof(arr)/sizeof(*arr))

但是需要注意的是，若想 arr_len 宏能够正确计算数组长度，只能传递给它数组名，但是C语言中的数组和指针关系暧昧，很难保证程序员不会误传指针给 arr_len() 宏，例如下面这段C语言代码：

void fun(char a[])
{
    ...
    size_t len = arr_len(a);
    ...
}
char arr[16] = {0};
fun(arr);

虽然 fun() 函数的参数被写成数组形式(char a[])，但是如果读者看过我之前的文章，应该会明白在 fun() 函数内部，a 其实是会退化成指针的。因此 fun() 函数内部的 arr_len 宏计算 arr 长度时，其实计算的是指针的长度，而不是数组的长度，这就极可能引发 bug，并且这个 bug 会隐藏的比较深，难以发现。

出现这样的问题，是因为 arr_len 宏不能检查传递给自己的是否数组。那有没有办法确保传递给 arr_len 宏的一定是数组呢？自然是有的，结合__builtin_types_compatible_p() 函数和 BUILD_BUG_ON_ZERO 宏就能轻易实现，下面是一个C语言代码示例，请看：

#define must_be_array(a) \
     BUILD_BUG_ON_ZERO(__builtin_types_compatible_p(typeof(a), typeof(&a[0])))

在上述C语言代码中，表达式__builtin_types_compatible_p(typeof(a), typeof(&a[0]))可以判断 a 是否数组，如果 a 是数组，那么 a 的数据类型与 &a[0] 的数据类型不相同，表达式__builtin_types_compatible_p(typeof(a), typeof(&a[0]))返回 0，按照上一篇文章的分析，BUILD_BUG_ON_ZERO(0)是合法的，可以通过编译。

如果 a 是指针，那么 a 的数据类型与 &a[0] 的数据类型相同，__builtin_types_compatible_p(typeof(a), typeof(&a[0]))返回 1，BUILD_BUG_ON_ZERO(1)是非法的，在编译阶段就会报错。

must_be_array(a) 宏能够确保 a 一定是数组，否则就会报错，这就为C语言程序提供了安全检查，并且这个检查是在编译时进行的，能够帮助程序员在程序开发阶段发现错误。

现在对 arr_len 宏做修改，相关C语言代码如下，请看：

#define        arr_len(arr)    \
({  \
    must_be_array(arr); \
    (size_t)(sizeof(arr)/sizeof(*arr)); \
})

编写相关C语言代码测试之，如下：

#include <stdio.h>

#define BUILD_BUG_ON_ZERO(e) (sizeof(struct { int:-!!(e); }))
#define BUILD_BUG_ON_NULL(e) ((void *)sizeof(struct { int:-!!(e); }))

#define must_be_array(a) \
         BUILD_BUG_ON_ZERO(__builtin_types_compatible_p(typeof(a), typeof(&a[0])))

#define        arr_len(arr)    \
({  \
    must_be_array(arr); \
    (int)(sizeof(arr)/sizeof(*arr));    \
})

int main()
{
    int arr1[16] = {0};
    int *arr2 = NULL;

    printf("%d %d\n", arr_len(arr1), arr_len(arr2));

    return 0;
}

编译这段C语言代码，发现编译器报错了：

根据错误信息，很容易确定是 arr2 引发的编译错误。这其实就是 must_be_array 宏的作用了，它发现传递给 arr_len 的不是数组，就会报错。现在将 arr2 也改为数组：

int main()
{
    int arr1[16] = {0};
    int *arr2[32] = {0};

    printf("%d %d\n", arr_len(arr1), arr_len(arr2));

    return 0;
}

编译修改后的C语言代码，发现没有错误了，执行之，得到如下输出：

# gcc t2.c
# ./a.out 
16 32

可见，arr_len现在安全多了，它能够计算数组长度（包括指针数组），也能够判断传递给自己的究竟是指针还是数组。

本节讨论了上一节介绍的两个宏的实用实例，并给出了一个具体的C语言程序示例，可见，即使自定义的编译时asset只能检查常数表达式，也是用途极大的，很能够帮助C语言程序员开发出更安全的程序。有读者指出，C11 已经原生支持 static_assert（未考证），类似于 BUILD_BUG_ON_XX 的宏已经没有必要存在了。但是遗憾的是，相当多的嵌入式设备并不支持 C11。

另外，我的这两篇文章并不仅仅是讨论 BUILD_BUG_ON_XX 宏，我更希望是向初学者介绍C语言程序开发中的灵活思想。