C言語：構造体メンバの文字配列長さ

Question

###質問したいこと
0. C言語の構造体定義において、メンバが文字列である場合、文字配列の長さは「必要な文字の長さ+1」で正しいでしょうか。
0. また、文字列の定義において、以下の"s1"のような定義が正しい場合はあり得るでしょうか。

char s1[1]; /* 終端文字が入らないので、この記述はあり得ない？ */
char s2[2]; /* 文字列として、長さ1の場合、この書き方が正しい？ */
char s3;    /* 文字であればこれでもOKのはず */

###質問の背景と詳細
C言語については完全な初心者ですが、次のプロジェクトでC言語を使用することになったので、設計書等を読みつつ、勉強中の身です。
プロジェクト自体は、詳細設計が終わり、来週から実装に取り掛かる、という状況ですが、構造体定義の設計書がほぼプログラムそのままでした。

その設計書を読んでいると、以下のような記述が散見されました。

struct person {
  char s_date[8]; /* yyyyMMdd */
  char s_sex[1];  /* M or F */
};

まず、s_dateについてですが、この日付は「yyyyMMdd」の形式とします。
8桁なので一見合っているのですが、C言語の場合、終端文字を考慮して、「必要な文字の長さ+1」にする必要があると思っています。
また、s_sexについてですが、これもs_dateの場合と同じです。そもそも、終端文字を考慮するなら、「文字配列を定義しているのに長さが1」という状況は絶対にありえない、と考えています。

よって、正しくは以下のような記述になると思っています。

struct person {
  char s_date[9]; /* yyyyMMdd */
  char s_sex[2];  /* M or F */
};

かなり初歩的な内容ですが、私の考えは正しいのでしょうか…。
設計書には上記の誤り(?)が非常に多く、また、プロジェクトにはC言語に精通した人が多く居るらしいので、私の考えの方が間違っている可能性が高いと思い、こちらで質問させて頂きました。

ちなみに、次のプロジェクトのメンバとは距離的にも心理的にも遠く、質問がし辛い状況です。

よろしくお願いします。

Answer 1

まず、C に文字列、というものは本質的には存在しません。あるポインタから、\0（null）にたどり着くまでのメモリ空間を文字列とみなしているだけです。
また char[] の形は、「文字の配列」であって「文字列」ではありません。

逆に言えば、\0 がないことを考慮して固定サイズのメモリ空間を扱うのであれば、問題はないのです。

struct person {
  char s_date[8]; /* yyyyMMdd */
  char s_sex[1];  /* M or F */
}

この場合、s_date が 8byte であることを理解して、文字列として扱わなければ問題がありません。
strcpy じゃなくて strncpy を使うとか、strlen を使わないとか、そういう「\0で終わっていることを期待しない」使い方をする限りはです。

また、 char val[1]; のような書き方は、他との整合性をとるために使うことはあります。

• 固定長の長さであることが保証できる
• 組み込み機器などでメモリ容量に余裕がない

などの場合はこの形になるのが普通ですね。逆に長さが可変で分からない場合は、

struct person
  char* name;  // 実際に使うときは malloc して割り当ててから使う
  char* address;
}

のように、文字へのポインタ（≒文字列）として定義して、使うときに最低必要量のメモリを割り当て・開放して処理しますかね。

Comments

[so9999]

なるほど、C言語に文字列が無いのは分かっていたつもりですが、ちゃんと理解できていませんでした。
ネット上で入門向けの資料は読んだのですが、入門レベルだと printf を良く使うので、必ず文字列長+1だと勘違いしていました。
単にデータとして持ち、終端文字を期待する関数を使わないのであれば、+1する必要はないわけですね。
回答ありがとうございました！

[yohhoy]

FYI: strncpy関数はまさにこのような「構造体中にある固定長フィールド」を扱うために導入されました。現在ではあまり意図通りの使われ方をされていない気がしますが...

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/C99RationaleV5.10.pdf
> 7.21.2.4 The strncpy function
>
> strncpy was initially introduced into the C library to deal with fixed-length name fields in structures such as directory entries. Such fields are not used in the same way as strings: the trailing null is unnecessary for a maximum-length field, and setting trailing bytes for shorter names to null assures efficient field-wise comparisons. strncpy is not by origin a “bounded strcpy,” and the Committee preferred to recognize existing practice rather than alter the function to better suit it to such use.

Answer 2

C言語における文字列の認識としては正しいですが、NULL終端である必要はありません。
NULL終端にする必要があるのは、たいてい以下の理由です。
・文字数が可変の文字列を扱いたい
・何も考えずにprintf等で出力したい
・string系の関数を使いたい

例えば質問にあるs_dateなんかは日付なので8文字と決まっています。
これを敢えてNULLも考慮して9バイト用意する必要はありません。
但し、用途によってはNULL終端にしておいたほうが便利な場合もあるので、どちらが良いかは実装方法により異なります。

いくつか例を書いておきますが、業務でprintfを使うことはあまりないと思うのでそこらへんは参考程度に。

// NULL終端の場合
char s_date[9];
strcpy(s_date, "20170509");
printf("%s\n", s_date);

char s_sex[2];
s_sex[0] = 'M';
s_sex[1] = 0x00;
if(strcmp(s_sex, "M") == 0){
}

// NULL終端ではない場合
char s_date[8];
strncpy(s_date, "20170509", 8);
printf("%.8s\n", s_date);

char s_sex[1];
s_sex[0] = 'M';
if(s_sex == 'M'){
}

それから質問タイトルに構造体メンバとありますが、文字列自体の考え方は構造体云々は関係ありません。

Comments

[so9999]

実例まで挙げてくださり、助かります！
やはり業務では printf はまず使いませんよね…。入門向けのサンプルしか勉強していないので、勘違いしていました。
構造体は関係ないとは思ったのですが、C言語が分からな過ぎて…。すいません。
回答ありがとうございました！

Answer 3

１． C言語の構造体定義において、メンバが文字列である場合、文字配列の長さは「必要な文字の長さ+1」で正しいでしょうか。

文字列は、
・固定長文字列（文字列の長さ（文字数）はいつも同じ文字列(例えば、YYYYMMDDのように常に８文字の数字から成るとか、性別を表す文字列(MもしくはFの１文字))と、
・可変長文字列（文字数は変わるので、どこが終わりなのかを示す記号(null)が必要）
に分けられます。

固定長文字列を表す文字の配列であれば、その文字数分の配列で十分ですから、次のようなコードは、有り得ます。

struct person{
    char birthdate[8];
    char sex[1];
}

終端のnulが無いので、printf("%s\n",Ann.birthdate);のような使い方はできません。
でも、printf("性別：%c",Ann.sex);のように使うのであれば、何の問題もありません。

質問者は「固定長文字列は有り得ない」と思っていらっしゃるようですが、固定長文字列というのも存在するのだと考えれば、みんな「有り得る」ことに納得できるのではないでしょうか。