c - 具有共享内存和信号量的多个灵活阵列成员或 VLA

Question

我需要定义一个结构体，其中包含两个信号量和三​​个(至少)或更多数组作为大小为变量的结构体成员。指示性示例(不是正确的语法，而是给出上下文含义；lr 是 double 的 typedef):

int nx = 400,ny = 400,nz = 400;
struct ShMem {
    sem_t   prod;
    sem_t   cons;
    lr      u_x[nx+1][ny+2][nz+2];
    lr      u_y[nx+2][ny+1][nz+2];
    lr      u_z[nx+2][ny+2][nz+2];
};

我需要做的是将结构 ShMem 作为两个代码(即生产者和消费者)之间的共享内存块，这两个代码在结构中存在的信号量的帮助下计算和读取该内存块。

由于数组大小是变量并且将在运行时定义，我如何获得 3 维可变长度数组？

评论:如果假设我有 nx、ny 和 nz #defined 为 400，我按照以下步骤操作(已经已测试)

#define nx (400)
#define ny (400)
#define nz (400)

struct ShMem {
    sem_t   prod;
    sem_t   cons;
    lr      u_x[nx+1][ny+2][nz+2];
    lr      u_y[nx+2][ny+1][nz+2];
    lr      u_z[nx+2][ny+2][nz+2];
};
...
// shared memory allocation
ShmID = shmget(ShmKEY, sizeof(struct Shmem), IPC_CREAT|0666);
...

额外的要求是，对于应用程序，我确实需要这些数组作为 3D 数组，以便我可以将它们索引为 u_x[i][j][k]，whre i、j、k 分别是 x、y 和 z 方向的索引。

在 Lundin 和 Felix 解决方案后进行编辑。

约束 - u_x、u_y 和 u_z 需要是由 u_x 访问的 3D 数组/*** 指针[i][j][k] - 由于这是旧代码，因此无法更改。需要设置数组以维护访问的神圣性。代码中的任何地方都可以这样访问。

Answer 1

正如评论中已经讨论的，C 不支持类似的东西。因此，您必须自己构建它。使用宏使结构内的“3D 访问”可读的简单示例如下所示:

#include <stdlib.h>

typedef int lr;

struct foo {
    size_t ny;
    size_t nz;
    lr *u_y;
    lr *u_z;
    lr u_x[];
};

#define val(o, a, x, y, z) ((o).a[(o).ny * (o).nz * x + (o).nz * y + z])

struct foo *foo_create(size_t nx, size_t ny, size_t nz)
{
    size_t arrsize = nx * ny * nz;
    struct foo *obj = malloc(sizeof *obj + 3 * arrsize * sizeof *(obj->u_x));

    if (!obj) return 0;
    obj->ny = ny;
    obj->nz = nz;
    obj->u_y = obj->u_x + arrsize;
    obj->u_z = obj->u_y + arrsize;
    return obj;
}

int main(void)
{
    struct foo *myFoo = foo_create(10, 10, 10);

    // set u_y[9][5][2] in *myFoo to 42:
    val(*myFoo, u_y, 9, 5, 2) = 42;

    free(myFoo);
}

这在 C 支持的结构末尾使用单个 FAM，因此您可以在单个 block 中分配这样的结构。要将其放入共享内存中，只需替换 malloc() 并使用相同的大小计算即可。