C语言柔性数组详解

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前言

可能大家第一眼看到这个标题会有点懵，到底什么是柔性数组，我怎么从来没听说过？但柔性数组确实是存在的，也经常会出现在一些公司的面试题中，今天就跟着笔者来学习一下柔性数组吧。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、柔性数组是什么？

C99中，结构体中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫作柔性数组，for example：

 struct st_type
{
     
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员,也可以写int a[];
};

结构体成员a数组，它的数组大小是没有确定的，将来如果需要可以大也可以小。
有些编译器支持a[0]这种写法，有些编译器支持a[ ]这种写法，具体取决编译器。

二、柔性数组的特点

1.结构体中柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员
示例如下：

 struct st_type
{
     
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员,也可以写int a[];
};

比如上面这段代码，如果你要创建一个柔性数组a，前面必须创建一些别的成员
2.sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存
示例如下：

 struct st_type
{
     
	int i;//4字节
	int a[0];//柔性数组成员,也可以写int a[];
	//因为是柔性数组，无法确认a占几个字节
};
 int main()
 {
     
	 printf("%d\n", sizeof(struct st_type));//打印4
	 return 0;
 }

这里计算包含柔性数组的结构体大小，因为柔性数组本身是无法确定有几个字节的，所以计算整体结构体大小时，会省略柔性数组的计算。
3.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
ps：除了malloc函数，realloc、calloc等动态内存开辟的函数也需要类似的操作

比如说我现在要数组a里面有10个元素，现在进行malloc一下
示例如下：

#include
#include
struct st_type
{
     
	int i;//4字节
	int a[0];//柔性数组成员,也可以写int a[];
};
int main()
{
     
    //假设我现在需要a里有10个元素
	struct st_type*ps=(struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)//由于空间可能不够开辟导致malloc开辟失败，开辟失败会返回空指针
	{
     
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return -1;//程序出问题后，跳出程序
	}
	//开辟成功
	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");
	//如果想继续用柔性数组a进行打印
	//比如现在a里只有10个元素，我用完10个了，我还要继续来10个,用realloc追加
	struct st_type*ptr=realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int));//ps:realloc第二个参数是调整后的整体大小
	if (ptr == NULL)
	{
     
		printf("扩容失败\n");
		return -1;
	}
	else
	{
     
		ps = ptr;
	}
	//扩容成功
	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
	}
	//释放空间
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

我们这里需要数组a里有10个元素，那我们malloc的时候要对结构体里的整形i先开辟4个字节，然后为整形数组a再开辟40个字节，然后malloc函数返回开辟空间的起始地址,赋给truct st_type * 类型的ps指针。

malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int))这个操作等价于struct st_type类型创建一个变量所占空间，只不过是用malloc来开辟

你改变数组a大小，追加空间时，realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int))，realloc的第一个参数仍然是ps，因为你当时是用malloc一次开辟出的一块空间，你是不能单独调整数组a的空间的

三、柔性数组的优点

柔性数组就是对一块空间实现动态开辟嘛，那我们之前也讲过指针来动态内存开辟，我们来看一段代码来对比一下这两种方法：

//用指针也可以做到a指向的空间动态变化
struct st_type
{
     
	int i;//4字节
	int *a;//4字节，这里计算结构体大小恰好是8字节
};
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个字节的空间，该空间由int*进行管理
	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指向的空间不够了，希望调整大小
	int *ptr = (int*)realloc(ps->a, 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
     
		printf("扩容失败");
		return -1;
	}
	else
	{
     
		ps->a = ptr;
	}
	//使用...
	//释放
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;
}

这里需要注意的是，在释放空间时，你要先释放指针a指向的空间，然后释放结构体指针

如上图，我们结构体指针ps开辟一块空间，空间里存放整形i和整形指针a，a又malloc（后续如果需要还可以realloc追加）一块空间，如果你先释放掉ps，a就没了，你就没法找到a指向的那块空间了。
还是那个生动的例子 就比如a是一个警察头子，malloc开辟的空间是卧底，只有a知道那个卧底，你现在警察头子死了，再也没法证明卧底是卧底了，也就是说a消失后，没办法再对开辟的空间进行释放，这时就会造成内存泄露，指针实现动态内存调整是需要对指针释放讲解一定的顺序性的

这里对比柔性数组，柔性数组和上述的指针都可以实现一块空间大小的调整，但是柔性数组有两个好处：
第一个好处是：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。以上，如果我把结构体的内存及其成员要的内存一次性分配好，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有内存都释放掉，并且不用考虑前面说的释放的顺序。
第二个好处是：加快访问速度
连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。
ps：内存碎片如下图

操作系统给我们一块内存，我们在进行malloc时，不一定就是一块连着一块的，上图的空白部分就是内存碎片，有些类似我们裁剪布料，一些剩余的边角料这样。

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总结

本文介绍了柔性数组的定义、其三个使用特点，及其对比指针实现动态内存的优势，并对其进行了具体举例，知识点并不复杂，希望读者学习完本文后能对柔性数组有更进一步的理解，祝读者生活愉快！