柔性数组（Flexible Array Members）在C语言中的应用

什么是柔性数组？

在C语言中，柔性数组（Flexible Array Members，FAMs）是C99标凈引入的一种便捷的数据结构，用于声明具有可变大小数组的结构体。柔性数组通常用于当结构体的大小在编译时不确定，但又希望能够连续存储数据时。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。

例如：

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

有些编译器会报错无法编译改成：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性数组成员
}type_a;

示例

 

#include 
#include 

// 定义一个包含柔性数组成员的结构体
typedef struct {
    int length;
    double data[];  // 柔性数组成员
} flexible_array_struct;

int main() {
    // 计算基础结构体大小和总大小
    size_t base_size = sizeof(flexible_array_struct);
    int array_length = 5;
    size_t total_size = base_size + sizeof(double) * array_length;

    // 动态分配内存
    flexible_array_struct *flex_array = (flexible_array_struct*)malloc(total_size);
    flex_array->length = array_length;

    // 初始化数组成员
    for(int i = 0; i < array_length; ++i) {
        flex_array->data[i] = i * 1.1;  // 填充数组数据
    }

    // 打印数组内容
    for(int i = 0; i < array_length; ++i) {
        printf("%f ", flex_array->data[i]);
    }

    // 释放内存
    free(flex_array);
    return 0;
}

这段代码首先计算了不包括柔性数组成员的结构体的基础大小base_size，然后指定了柔性数组的期望长度array_length并计算了整个结构体的总大小total_size。使用malloc动态分配了足够的内存来存储结构体和柔性数组成员。初始化柔性数组成员data并填充了一些数据。然后通过循环打印了柔性数组的内容。最后使用free释放了分配给结构体的内存。

 柔性数组的特点

• 结构中的柔性数组成员前面必须有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。

例如：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4

柔性数组的优势

代码1

//代码1
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
    p->a[i] = i;
}
free(p);
// 这样柔性数组成员a相当于获得了100个int类型元素的连续空间。

代码2

//代码2
typedef struct st_type
{
    int i;
    int *p_a;
}type_a;

type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));

//业务处理
for(i=0; i<100; i++)
{
    p->p_a[i] = i;
}

//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;

代码1和2可以完成同样的功能，但代码1有两个好处：

1. 方便内存释放。如果把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好，并返回用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存释放掉。
2. 有利于访问速度并且减少内存碎片。

注意事项

• 柔性数组成员没有分配固定的内存，所以在分配结构体内存时必须考虑到数组的大小。
• 由于柔性数组的长度在编译时是不确定的，因此它们不占用结构体大小的计算。
• 在动态分配结构体内存时，需要为柔性数组显式分配内存空间。