C語(yǔ)言柔性數(shù)組詳解

C99中，結(jié)構(gòu)體中的最后一個(gè)元素允許是未知大小的數(shù)組，這就叫作柔性數(shù)組，for example：

 struct st_type{
	int i;
	int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];};

結(jié)構(gòu)體成員a數(shù)組，它的數(shù)組大小是沒有確定的，將來(lái)如果需要可以大也可以小。
有些編譯器支持a[0]這種寫法，有些編譯器支持a[ ]這種寫法，具體取決編譯器。

二、柔性數(shù)組的特點(diǎn)

1.結(jié)構(gòu)體中柔性數(shù)組成員前面必須至少有一個(gè)其他成員

示例如下：

 struct st_type

{

int i;

int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];

};

比如上面這段代碼，如果你要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)柔性數(shù)組a，前面必須創(chuàng)建一些別的成員

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2.sizeof返回的這種結(jié)構(gòu)大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存

 struct st_type
{
	int i;//4字節(jié)
	int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];
	//因?yàn)槭侨嵝詳?shù)組，無(wú)法確認(rèn)a占幾個(gè)字節(jié)
};
 int main()
 {
	 printf("%d\n", sizeof(struct st_type));//打印4
	 return 0;
 }

這里計(jì)算包含柔性數(shù)組的結(jié)構(gòu)體大小，因?yàn)槿嵝詳?shù)組本身是無(wú)法確定有幾個(gè)字節(jié)的，所以計(jì)算整體結(jié)構(gòu)體大小時(shí)，會(huì)省略柔性數(shù)組的計(jì)算。

3.包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc()函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配，并且分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)的大小，以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小

ps：除了malloc函數(shù)，realloc、calloc等動(dòng)態(tài)內(nèi)存開辟的函數(shù)也需要類似的操作

比如說我現(xiàn)在要數(shù)組a里面有10個(gè)元素，現(xiàn)在進(jìn)行malloc一下

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示例如下：

#include<string.h>
#include<errno.h>
struct st_type
{
	int i;//4字節(jié)
	int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];
};
int main()
{
    //假設(shè)我現(xiàn)在需要a里有10個(gè)元素
	struct st_type*ps=(struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)//由于空間可能不夠開辟導(dǎo)致malloc開辟失敗，開辟失敗會(huì)返回空指針
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return -1;//程序出問題后，跳出程序
	}
	//開辟成功
	int j = 0;
	for (j = 0;j < 10;j++)
	{
		ps->a[j] = j;
	}
	for (j = 0;j < 10;j++)
	{
		printf("%d ", ps->a[j]);//打印0-9
	}
	printf("\n");
	//如果想繼續(xù)用柔性數(shù)組a進(jìn)行打印
	//比如現(xiàn)在a里只有10個(gè)元素，我用完10個(gè)了，我還要繼續(xù)來(lái)10個(gè),用realloc追加
	struct st_type*ptr=realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int));//ps:realloc第二個(gè)參數(shù)是調(diào)整后的整體大小
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("擴(kuò)容失敗\n");
		return -1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
	//擴(kuò)容成功
	int k = 0;
	for (k = 10;k < 20;k++)
	{
		ps->a[k] = k;
	}
	for (j = 0;j < 20;j++)
	{
		printf("%d ", ps->a[j]);//打印0-19
	}
	//釋放空間
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

我們這里需要數(shù)組a里有10個(gè)元素，那我們malloc的時(shí)候要對(duì)結(jié)構(gòu)體里的整形i先開辟4個(gè)字節(jié)，然后為整形數(shù)組a再開辟40個(gè)字節(jié)，然后malloc函數(shù)返回開辟空間的起始地址,賦給truct st_type * 類型的ps指針。

malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int))這個(gè)操作等價(jià)于struct st_type類型創(chuàng)建一個(gè)變量所占空間，只不過是用malloc來(lái)開辟

你改變數(shù)組a大小，追加空間時(shí)，realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int))，realloc的第一個(gè)參數(shù)仍然是ps，因?yàn)槟惝?dāng)時(shí)是用malloc一次開辟出的一塊空間，你是不能單獨(dú)調(diào)整數(shù)組a的空間的

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柔性數(shù)組就是對(duì)一塊空間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)開辟嘛，那我們之前也講過指針來(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存開辟，我們來(lái)看一段代碼來(lái)對(duì)比一下這兩種方法：

//用指針也可以做到a指向的空間動(dòng)態(tài)變化
struct st_type
{
	int i;//4字節(jié)
	int *a;//4字節(jié)，這里計(jì)算結(jié)構(gòu)體大小恰好是8字節(jié)
};
int main()
{
	struct st_type*ps = (struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type));
	ps->i = 100;
	ps->a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//a指向40個(gè)字節(jié)的空間，該空間由int*進(jìn)行管理
	int j = 0;
	for (j = 0;j < 10;j++)
	{
		ps->a[j] = j;//a[j]=*(a+j)
	}
	for (j = 0;j < 10;j++)
	{
		printf("%d", ps->a[j]);
	}
	//a指向的空間不夠了，希望調(diào)整大小
	int *ptr = (int*)realloc(ps->a, 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("擴(kuò)容失敗");
		return -1;
	}
	else
	{
		ps->a = ptr;
	}
	//使用...
	//釋放
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;
}

這里需要注意的是，在釋放空間時(shí)，你要先釋放指針a指向的空間，然后釋放結(jié)構(gòu)體指針。

如上圖，我們結(jié)構(gòu)體指針ps開辟一塊空間，空間里存放整形i和整形指針a，a又malloc（后續(xù)如果需要還可以realloc追加）一塊空間，如果你先釋放掉ps，a就沒了，你就沒法找到a指向的那塊空間了。

還是那個(gè)生動(dòng)的例子 就比如a是一個(gè)警察頭子，malloc開辟的空間是臥底，只有a知道那個(gè)臥底，你現(xiàn)在警察頭子死了，再也沒法證明臥底是臥底了，也就是說a消失后，沒辦法再對(duì)開辟的空間進(jìn)行釋放，這時(shí)就會(huì)造成內(nèi)存泄露，指針實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存調(diào)整是需要對(duì)指針釋放講解一定的順序性的

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這里對(duì)比柔性數(shù)組，柔性數(shù)組和上述的指針都可以實(shí)現(xiàn)一塊空間大小的調(diào)整，但是柔性數(shù)組有兩個(gè)好處：

第一個(gè)好處是：方便內(nèi)存釋放

如果我們的代碼是在一個(gè)給別人用的函數(shù)中，你在里面做了二次內(nèi)存分配，并把整個(gè)結(jié)構(gòu)體返回給用戶。用戶調(diào)用free可以釋放結(jié)構(gòu)體，但是用戶并不知道這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員也需要free，所以你不能指望用戶來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)事。以上，如果我把結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存及其成員要的內(nèi)存一次性分配好，并返回給用戶一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針，用戶做一次free就可以把所有內(nèi)存都釋放掉，并且不用考慮前面說的釋放的順序。

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第二個(gè)好處是：加快訪問速度
連續(xù)的內(nèi)存有益于提高訪問速度，也有益于減少內(nèi)存碎片。
ps：內(nèi)存碎片如下圖

本文介紹了柔性數(shù)組的定義、其三個(gè)使用特點(diǎn)，及其對(duì)比指針實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其進(jìn)行了具體舉例，知識(shí)點(diǎn)并不復(fù)雜，希望讀者學(xué)習(xí)完本文后能對(duì)柔性數(shù)組有更進(jìn)一步的理解，祝讀者生活愉快！