【C语言】柔性数组/变长数组

文章目录

1.柔性数组的概念

2.柔性数组的使用和特点

1.柔性数组不占用内存空间

2.有柔性数组的结构要用malloc分配空间

3.柔性数组的优势

1.方便内存释放

2.提高访问速度、减少内存碎片

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1.柔性数组的概念

C99标准下，结构中最后一个元素允许是未知大小的数组 ，这个数组就是柔性数组，也被称作变长数组。

        这里必须注意三点：第一，在结构体中定义的未知大小数组。 第二，该位置大小数组必须是结构体最后一个元素，该数组前面至少有一个元素。 举个例子，比如下方图片，arr就是柔性数组。 第三，数组名永远不会是指针，但是对于这个数组的大小，我们可以动态分配（下面会体现出来）。

2.柔性数组的使用和特点

1.柔性数组不占用内存空间

        对于编译器来说，柔性数组并不占用内存空间，可以用sizeof来验证。如下代码，运行后结果如图，是8，说明struct s这个结构体大小为8，而int类型和float类型的数据都是4个字节，根据结构体内存对齐规则，如果不计算arr的大小，结构体大小确实为8。

#include
#include

struct S
{
	int a;
	float b;
	int arr[];
};


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

2.有柔性数组的结构要用malloc分配空间

         包含柔性数组成员的结构要用malloc分配空间，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。如下，malloc分配给了s原本结构体的大小和4个int类型数据的大小，这4个int类型数据的大小就是分配给arr的，此时arr可用的是arr[0]到arr[3]。

        与此同时，由于是malloc分配，所以最后不用的时候要free掉。

#include
#include

struct S
{
	int a;
	float b;
	int arr[];//结构体最后一个元素允许是大小未知的，但是其前面至少有一个成员
};

int main()
{

	//开辟
	struct S* s = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int) * 4);
	if (!s)
	{
		printf("malloc fail!");
		exit(-1);
	}

	//使用
	s->a = 10;
	s->b = 5.5;
	for (int i = 0;i < 4;i++)
		s->arr[i] = i+1;

	printf("%d  %.2f\n", s->a,s->b);
	for (int i = 0;i < 4;i++)
	{
		printf("%d ", s->arr[i]);
	}

	//释放
	free(s);
	return 0;
}

        既然是“柔性数组”，那么其“柔”体现在哪里呢？比如上面的代码，arr只可以存放4个数据，但是现在需要存放10个数据，那么就要arr数组可以扩大容量，而柔性数组可以实现这个功能，其“柔”体现在这里。比如下面代码，调整的代码块，用realloc分配了s原本结构体的大小和10个int类型数据的大小，此时arr数组就可以存储10个数据。对新开辟的空间赋值，其运行结果如下图。

#include
#include

struct S
{
	int a;
	float b;
	int arr[];//结构体最后一个元素允许是大小未知的，但是其前面至少有一个成员
};


int main()
{
	//开辟
	struct S* s = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int) * 4);
	if (!s)
	{
		printf("malloc fail!");
		exit(-1);
	}

	//使用
	s->a = 10;
	s->b = 5.5;
	for (int i = 0;i < 4;i++)
		s->arr[i] = i+1;

	printf("%d  %.2f\n", s->a,s->b);
	for (int i = 0;i < 4;i++)
	{
		printf("%d ", s->arr[i]);
	}


	//调整
	struct S* ptr = (struct S*)realloc(s, sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
	if (!ptr)
	{
		printf("realloc fail!");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		s = ptr;
	}

	//使用
	for (int i = 4;i < 10;i++)
	{
		s->arr[i] = i+1;
	}
	for (int i = 4;i < 10;i++)
	{
		printf("%d ", s->arr[i]);
	}
	//释放
	free(s);
	return 0;
}

3.柔性数组的优势

        到这里，不免会有疑问，既然柔性数组是为了让数组容量可以变化，那么为什么不直接定义一个指针，然后动态分配内存呢？实际上，柔性数组比使用指针动态分配内存要好，一方面方便内存的释放，另一方面可以提高访问速度、减少内存碎片。

1.方便内存释放

        如下代码，在开辟内存的时候，一方面要开辟结构体的空间（这里是为了模仿柔性数组，所以结构体也动态开辟），另一方面要开辟arr指向的数组的空间。释放的时候，既要释放结构体空间，又要释放arr指向数组的空间，比较麻烦。而上文中，使用柔性数组，可以直接一次性开辟、一次性释放，相较之下很方便。

#include
#include

struct S
{
	int a;
	float b;
	int* arr;
};

int main()
{
	//开辟
	struct S*  s = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (!s)
	{
		printf("malloc fail!");
		exit(-1);
	}

	int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (!ptr)
	{
		printf("malloc fail!");
		exit(-1);
	}
	s->arr = ptr;

	//使用
	s->a = 10;
	s->b = 5.5;
	for (int i = 0;i < 10;i++)
	{
		s->arr[i] = i + 1;
	}

	printf("%d %.2f\n", s->a, s->b);

	for (int i = 0;i < 10;i++)
	{
		printf("%d ", s->arr[i]);
	}

	//释放
	free(s);
	s = NULL;
	free(ptr);
	ptr = NULL;

	return 0;
}

2.提高访问速度、减少内存碎片

         如下图，左边是结构体的内存示意，右边是堆区内存示意图。结合上面代码，在堆区内存中，开辟了一块空间存放结构体s，同时还要开辟另一块空间存放数组arr，但是这块空间位置随机的，可能是蓝色方框1、2、3、4中任意一个，也可能是其他地方，它和结构体并不连续，就导致结构体和数组arr中间的那一块空间，很难被利用，这块空间就被称为内存碎片。

        但是用柔性数组就不胡有这样的问题，柔性数组 开辟的arr就是一个数组，而不是指针，如下图，这样不会存在内存碎片的问题。同时，由于数组就在结构体里面，所以a、b、arr数组在内存里是连续的，访问起来要快一些。而像上面的，arr是指针，多了一个找到arr物理地址的过程，相较之下要慢一点点。

 

         关于柔性数组，就介绍这么多啦！！！