C語言柔性數組

柔性數組的概念

柔性數組(flexible array member)也叫伸縮性數組成員，這種結構產生與對動態結構體的去求。在平常編程中，有時須要在結構體中存放一個長度是動態的字符串(也多是其餘數據類型)，通常的作法，實在結構體中定義一個指針成員，這個指針成員指向該字符串所在的動態內存空間。

在一般狀況下，若是想要高效的利用內存，那麼在結構體內部定義靜態的數組是很是浪費的行爲。其實柔性數組的想法和動態數組的想法是同樣的。

柔性數組用來在結構體中存放一個長度動態的字符串。

普通的方式

其實不用柔性數組咱們同樣能夠作到：在結構體中定義一個方法，在方法中動態地將指針指向動態數組

#include <string.h> #include <stdlib.h> typedef struct Test { int a; char *p; } Test; int main() { char *str = (char *)malloc(sizeof(char) * 10); strcpy(str, "hello"); Test *t = (Test *)malloc(sizeof(Test)); t->p = str; printf("%s\n", (t->p)); printf("Address:\n"); printf("t\t %p\n", t); printf("t.a\t %p\n", &(t->a)); printf("t.p\t %p\n", (t->p)); free(t); free(t->p);    //還須要顯式的釋放p所指的內存
    return 0; }

運行結果：

上面的代碼的確是能夠完成咱們想要的結果。咱們看了一下指針p和數組的起始地址。咱們能夠看到動態數組的內存塊和字符串的內存是兩塊不同的內存。

可是，咱們在釋放空間時，須要顯式地釋放指針p引用的內存空間，否則會出現內存泄露的狀況。

使用柔性數組的方式

從C99開始便支持了不完整類型實現柔性數組成員。爲何使用不完整類型呢？

int a[] = {10};

看到這個聲明語句，咱們發現a[]其實就是個數組記號，不完整類型，因爲賦值語句，因此在編譯時便肯定了數組的大小，是一個完整的數組類型。
在結構體中便利用不完整類型在運行對動態的數組進行指明。

C99標準的定義以下

struct Test{ int a; char p[]; // 不僅是char類型，其餘類型一樣也是能夠
}

因爲聲明內存連續性的關係，柔性數組成員必須定義在結構體的最後一個，而且不能是惟一的成員。
咱們再來看一看整個結構體(包含數組內存的分佈狀況)

#include <string.h> #include <stdlib.h> typedef struct Test { int a; char p[]; } Test; int main() { Test *t=(Test*)malloc(sizeof(Test)+sizeof(char)*(10+1)); strcpy(t->p,"hello"); printf("%s\n", (t->p)); printf("Address:\n"); printf("t\t %p\n", t); printf("t.a\t %p\n", &(t->a)); printf("t.p\t %p\n", (t->p)); free(t);    //只須要釋放一次內存
    return 0; }

再運行結果：

由運行結果就能夠看出，整個結構體是連續的，而且釋放結構體的方式也很是簡單直接對結構體指針進行釋放。

【注】因爲這個是C99的標準，在ISO C和C++的規格說明書中是不容許的。在vs下使用0長度的數組可能會獲得一個警告。
然而gcc， clang++預先支持了C99的玩法，因此在Linux下編譯無警告

進一步認識柔性數組

現有一個程序

#include<stdio.h> typedef struct _SoftArray{ int len; int array[]; }SoftArray; int main() { int len = 10; printf("The struct's size is %d\n",sizeof(SoftArray)); }

運行結果：

咱們能夠看出，_SoftArray結構體的大小是4，顯然，在32位操做系統下一個int型變量大小恰好爲4，也就說結構體中的數組沒有佔用內存。爲何會沒有佔用內存，咱們平時用數組時不時都要明確指明數組大小的嗎？但這裏卻能夠編譯經過呢？這就是咱們常說的動態數組，也就是柔性數組。

先不要亂，讓咱們再看一段代碼

#include <stdio.h> #include <malloc.h> typedef struct _SoftArray { int len; int array[]; } SoftArray; int main() { int len = 10; SoftArray *p = (SoftArray *)malloc(sizeof(SoftArray) + sizeof(int) * len); printf("After the malloc function the struct's size is %d\n",sizeof(SoftArray)); return 0; }

運行結果：

是否是有點奇怪，爲何申請了內存後結構體大小仍是4呢？

緣由是：動態申請的內存只是申請給數組拓展所用，從上個程序咱們能夠看出結構體的大小在建立時已經肯定了，array明確來講不算是結構體成員，只是掛羊頭賣狗肉而已。

下面咱們來看看關於柔性數組的資料：

一、什麼是柔性數組？

柔性數組既數組大小待定的數組， C語言中結構體的最後一個元素能夠是大小未知的數組，也就是所謂的0長度，因此咱們能夠用結構體來建立柔性數組。

二、柔性數組有什麼用途 ？

它的主要用途是爲了知足須要變長度的結構體，爲了解決使用數組時內存的冗餘和數組的越界問題。

三、用法：在一個結構體的最後 ，申明一個長度爲空的數組，就可使得這個結構體是可變長的。對於編譯器來講，此時長度爲0的數組並不佔用空間，由於數組名

自己不佔空間，它只是一個偏移量， 數組名這個符號自己代 表了一個不可修改的地址常量 （注意：數組名永遠都不會是指針！ ），但對於這個數組的大小，咱們能夠進行動態分配,對於編譯器而言，數組名僅僅是一個符號，它不會佔用任何空間，它在結構體中，只是表明了一個偏移量，表明一個不可修改的地址常量！

對於柔性數組的這個特色，很容易構造出變成結構體，如緩衝區，數據包等等：

typedef struct _SoftArray { Int len; int array[]; }SoftArray;

柔性數組用途

    這樣的變長數組經常使用於網絡通訊中構造不定長數據包，不會浪費空間浪費網絡流量，好比我要發送1024字節的數據，若是用定長包，假設定長包的長度爲2048，就會浪費1024個字節的空間，也會形成沒必要要的流量浪費。

    其實柔性數組成員在實現跳躍表時有它特別的用法，在Redis的SDS數據結構中和跳躍表的實現上，也使用柔性數組成員。