【C语言进阶】你听说过柔性数组吗？

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前言

说起数组，一维数组、二维数组、字符数组、整型数组和浮点型数组，我相信大家并不陌生吧，今天我们一起看看柔性数组！

一、柔性数组的概念和定义

在C99中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，我们把这样的数组称为柔性数组成员。

【定义】

struct S
{
	int i;
	int a[]; //柔性数组
};

若有些编译器无法编译，可以改成以下这种：

struct S
{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
};

二、柔性数组的特点

• 结构中的柔性数组前必须至少有一个其他成员
  
• 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函数进行动态内存分配，并且分配的内存应该大于结构体大小，以适应柔性数组的预期大小
  

三、柔性数组的使用

动态内存开辟函数讲解：传送门

#include 
#include 
struct S
{
	int i;
	char a[];
};
int main()
{
	//包含柔性数组成员的结构用`malloc`函数进行动态内存分配
	//并且分配的内存应该大于结构体大小
	struct S* sp = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(char));
	//若sp为空指针，说明开辟动态内存失败
	if (sp == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//否则开辟成功
	//使用
	sp->i = 100;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		sp->a[i] = 'x';
	}
	//打印
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%c ", sp->a[i]);
	}
	//释放
	free(sp);
	sp = NULL;

	return 0;
}

甚至还能扩容realloc

#include 
#include 
struct S
{
	int i;
	char a[];
};
int main()
{
	//包含柔性数组成员的结构用`malloc`函数进行动态内存分配
	//并且分配的内存应该大于结构体大小
	struct S* sp = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(char));
	//若sp为空指针，说明开辟动态内存失败
	if (sp == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//否则开辟成功
	//使用
	sp->i = 100;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		sp->a[i] = 'x';
	}
	//扩容(多加10字节的空间)
	struct S* p = (struct S *)realloc(sp, sizeof(struct S) + sizeof(char) * 20);
	//如果p为空指针说明扩容失败
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		sp = p;
		p = NULL;
	}
	for (int i = 10; i < 20; i++)
	{
		sp->a[i] = 'w';
	}
	//打印
	printf("%d\n", sp->i);
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%c ", sp->a[i]);
	}
	

	return 0;
}

所以柔性数组在内存其实是这样的

它在内存是连续的

四、柔性数组的优势

除【柔性数组的使用】样例以外，也可以设计成下面这样：

#include 
#include 

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

int main()
{
	//为结构体开辟空间
	struct S* sp = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	//若sp = NULL，说明开辟失败
	if (sp == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//否则开辟成功
	//使用内存空间
	sp->i = 100;
	//为char* a开辟10个字节空间
	sp->a = (char*)malloc(sizeof(char) * 10);
	//使用
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		sp->a[i] = 'w';
	}
	//或者还能为char* a扩容
	char* p = (char*)realloc(sp->a, 20 * sizeof(char));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		sp->a = p;
		p = NULL;
	}
	//使用扩容的空间
	for (int i = 10; i < 20; i++)
	{
		sp->a[i] = 'J';
	}
	//打印
	printf("int i = %d\n", sp->i);
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%c ", sp->a[i]);
	}
	//释放空间
	free(sp->a);
	sp->a = NULL;
	free(sp);
	sp = NULL;
	return 0;
}

一个常见的问题：为什么要先释放sp->a的内存空间

• 首先程序是先为结构体开辟空间
  
• 接着又为char*开辟空间
  
  所以，若先对sp释放空间，到后面就不能通过sp找到char* c开辟的空间

柔性数组好处的总结：

• 对于柔性数组来说，开辟空间（malloc）只需要一个，释放空间（free）也只需要一次，且内存空间是连续的，而对于上面的代码来说，开辟空间需要二次，释放空间也同样需要二次，且内存空间是不连续的。所以它第一个好处是方便内存释放
• 连续的内存有益于提高访问速度