C语言【柔性数组】

雨子 2023-09-20 原文

柔性数组

🫅什么是柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。
C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

struct S
{
	char ch;
	int arr[];
	//int arr[0];
};

柔性数组：

结构体的最后一个成员
数组的大小有两种表现形式：（1）不写（2）写成 0。编译器总有一个可以通过

🫅柔性数组的使用

柔性数组的特点：

结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

为什么柔性数组成员前面必须至少一个其他成员？？它是有依赖性的吗？？数组大小不进行说明的话，那么结构体的大小是多少呢？？这个柔性数组有什么优势啊？？

🌰（验证含有柔性数组的结构体的大小）

#include<stdio.h>

struct S
{
	int a;
	char arr[];
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S));

	return 0;
}

//运行结果：
*****
4

*****

🐉🐉🐉🐉🐉
嗯？？？应该比4还大啊，因为还有char数组啊。难道结构体大小不包括柔性数组的大小？

原因就是：结构体的大小不包括柔型数组成员的大小，因为数组的大小是未知的，它的空间的开辟主要是用动态开辟的。它的柔性就体现在这里，数组的大小不是固定的，可根据用户需要来增大缩小。

🌰（柔型数组的使用）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

struct S
{
	int a;
	char arr[];
};

int main()
{
	//创立结构体变量,柔性数组的大小为10
	struct S* ptr = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)+ 10 * sizeof(char));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc->ptr");
		return 1;
	}

	//使用
	ptr->a = 100;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		//打印十个h
		ptr->arr[i] = 'h';
	}

	//打印
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%c ", ptr->arr[i]);
	}

	//增容
	struct S* ph = (struct S*)realloc(ptr, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(char));
	if (ph == NULL)
	{
		perror("ph");
	}
	else
	{
		ptr = ph;

		//使用
		//...

		//释放空间
		free(ptr);
		ptr = NULL;
	}

	return 0;
}

//运行结果
*****
h h h h h h h h h h
*****

🐉🐉🐉🐉🐉
为什么动态开辟要这样写啊？

struct S* ptr = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)+ 10 * sizeof(char)) ---------- malloc里面分两部分：结构体的大小（不包含柔型数组成员）和要柔性数组的大小。
这样写的一个好处就是：使得这两块内存块是连续的。内存空间是连续的，效率就快。

这样就可以理解为什么“结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员”。那是因为柔性数组的大小不包含于结构体的大小。如果结构体中只有柔型数组一个成员，那么此结构体就不存在。

🫅柔性数组的优势

看到这里，有人就有疑问；我不用柔型数组也可以实现上面的程序。
🌰（模拟实现柔性数组）

//模拟实现柔性数组
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

struct S
{
	int a;
	char* ph;
};

int main()
{
	//创建结构体变量
	struct S* ptr = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc->ptr");
		return 1;
	}

	//使用
	ptr->a = 100;
	//开辟柔性数组的空间,柔性数组的大小为10
	ptr->ph = (char*)malloc(sizeof(char) * 10);

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		//打印十个h
		ptr->ph[i] = 'h';
	}

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%c ", ptr->ph[i]);
	}

	//增容
	char* p = (char*)realloc(ptr->ph, sizeof(char) * 20);
	if (p == NULL)
	{
		perror("realloc->p");
		return 1;
	}

	//使用
	//...

	//释放
	free(ptr->ph);
	ptr->ph = NULL;
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	//在这里，一定要注意：
	//要先释放ph的空间，不要先释放掉ptr的空间
	//因为：你把ptr释放掉，就找不到ph了
	
	return 0;
}

跟柔性数组相比：

柔性数组：
动态开辟（malloc）一次
释放空间（free）一次
内存空间连续
模拟实现：
动态开辟（malloc）两次
释放空间（free）两次
内存空间不连续

由此，可以得出柔性数组的优势：

方便内存释放
如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
有利于访问速度.
连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。

扩展阅读：
-C语言结构体里的数组和指针，在这篇文章里面，也详细地介绍了柔性数组的相关知识，不懂得可以进去看看。

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柔性语言 span class token c语言柔性数组算法

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