C語言柔性數組詳解

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前言

可能大傢第一眼看到這個標題會有點懵，到底什麼是柔性數組，我怎麼從來沒聽說過？但柔性數組確實是存在的，也經常會出現在一些公司的面試題中，今天就跟著筆者來學習一下柔性數組吧。

提示：以下是本篇文章正文內容，下面案例可供參考

在這裡插入圖片描述

一、柔性數組是什麼？

C99中，結構體中的最後一個元素允許是未知大小的數組，這就叫作柔性數組，for example：

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

結構體成員a數組，它的數組大小是沒有確定的，將來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、柔性數組的特點

1.結構體中柔性數組成員前面必須至少有一個其他成員

示例如下：

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

比如上面這段代碼，如果你要創建一個柔性數組a，前面必須創建一些別的成員

2.sizeof返回的這種結構大小不包括柔性數組的內存

示例如下：

 struct st_type
{
	int i;//4字節
	int a[0];//柔性數組成員,也可以寫int a[];
	//因為是柔性數組，無法確認a占幾個字節
};
 int main()
 {
	 printf("%d\n", sizeof(struct st_type));//打印4
	 return 0;
 }

這裡計算包含柔性數組的結構體大小，因為柔性數組本身是無法確定有幾個字節的，所以計算整體結構體大小時，會省略柔性數組的計算。

3.包含柔性數組成員的結構用malloc()函數進行內存的動態分配，並且分配的內存應該大於結構的大小，以適應柔性數組的預期大小

ps：除瞭malloc函數，realloc、calloc等動態內存開辟的函數也需要類似的操作

比如說我現在要數組a裡面有10個元素，現在進行malloc一下

示例如下：

#include<string.h>
#include<errno.h>
struct st_type
{
	int i;//4字節
	int a[0];//柔性數組成員,也可以寫int a[];
};
int main()
{
    //假設我現在需要a裡有10個元素
	struct st_type*ps=(struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)//由於空間可能不夠開辟導致malloc開辟失敗，開辟失敗會返回空指針
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return -1;//程序出問題後，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");
	//如果想繼續用柔性數組a進行打印
	//比如現在a裡隻有10個元素，我用完10個瞭，我還要繼續來10個,用realloc追加
	struct st_type*ptr=realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int));//ps:realloc第二個參數是調整後的整體大小
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("擴容失敗\n");
		return -1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
	//擴容成功
	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;
}

在這裡插入圖片描述

在這裡插入圖片描述

我們這裡需要數組a裡有10個元素，那我們malloc的時候要對結構體裡的整形i先開辟4個字節，然後為整形數組a再開辟40個字節，然後malloc函數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))這個操作等價於struct st_type類型創建一個變量所占空間，隻不過是用malloc來開辟

你改變數組a大小，追加空間時，realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int))，realloc的第一個參數仍然是ps，因為你當時是用malloc一次開辟出的一塊空間，你是不能單獨調整數組a的空間的

三、柔性數組的優點

柔性數組就是對一塊空間實現動態開辟嘛，那我們之前也講過指針來動態內存開辟，我們來看一段代碼來對比一下這兩種方法：

//用指針也可以做到a指向的空間動態變化
struct st_type
{
	int i;//4字節
	int *a;//4字節，這裡計算結構體大小恰好是8字節
};
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個字節的空間，該空間由int*進行管理
	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指向的空間不夠瞭，希望調整大小
	int *ptr = (int*)realloc(ps->a, 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("擴容失敗");
		return -1;
	}
	else
	{
		ps->a = ptr;
	}
	//使用...
	//釋放
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;
}

這裡需要註意的是，在釋放空間時，你要先釋放指針a指向的空間，然後釋放結構體指針

在這裡插入圖片描述

如上圖，我們結構體指針ps開辟一塊空間，空間裡存放整形i和整形指針a，a又malloc（後續如果需要還可以realloc追加）一塊空間，如果你先釋放掉ps，a就沒瞭，你就沒法找到a指向的那塊空間瞭。

還是那個生動的例子 就比如a是一個警察頭子，malloc開辟的空間是臥底，隻有a知道那個臥底，你現在警察頭子死瞭，再也沒法證明臥底是臥底瞭，也就是說a消失後，沒辦法再對開辟的空間進行釋放，這時就會造成內存泄露，指針實現動態內存調整是需要對指針釋放講解一定的順序性的

這裡對比柔性數組，柔性數組和上述的指針都可以實現一塊空間大小的調整，但是柔性數組有兩個好處：
第一個好處是：方便內存釋放

如果我們的代碼是在一個給別人用的函數中，你在裡面做瞭二次內存分配，並把整個結構體返回給用戶。用戶調用free可以釋放結構體，但是用戶並不知道這個結構體內的成員也需要free，所以你不能指望用戶來發現這個事。以上，如果我把結構體的內存及其成員要的內存一次性分配好，並返回給用戶一個結構體指針，用戶做一次free就可以把所有內存都釋放掉，並且不用考慮前面說的釋放的順序。

第二個好處是：加快訪問速度

連續的內存有益於提高訪問速度，也有益於減少內存碎片。

ps：內存碎片如下圖

在這裡插入圖片描述

操作系統給我們一塊內存，我們在進行malloc時，不一定就是一塊連著一塊的，上圖的空白部分就是內存碎片，有些類似我們裁剪佈料，一些剩餘的邊角料這樣。

總結

本文介紹瞭柔性數組的定義、其三個使用特點，及其對比指針實現動態內存的優勢，並對其進行瞭具體舉例

本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容!

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