C语言结构体冷知识——柔性数组详解

前言

也许你从来没有听过柔性数组这个概念，但是他确实是存在的。C99中，结构体的最后一个元素允许是未知大小的数组，就叫做柔性数组的成员。

案例

我们来看看以下结构体定义：

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

有些编译器会报错无法编译可以改成：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];
}type_b;

以上就是柔性数组的两种不同的写法，两种结构体的最后一个元素都是一个未知大小的数组。

柔性数组的特点

• 结构中的柔性数组成员前面必须包含至少一个其他成员。
• sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。（这一点也说明了上一条规则，如果该结构体不包含其他成员，那么该结构体的大小是0，没有意义）
• 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，并且柔性数组的大小可以通过realloc()函数进行调整。

例如：

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

柔性数组的使用

从柔性数组的特点中我们可以发现如果想使用结构体中的柔性数组，我们是不能直接使用结构体定义一个变量的，需要使用动态内存分配的方法，例如下面一段代码：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[];//柔性数组
}type_a;
//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个整数元素的连续空间。

柔性数组的优势

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;
	

上诉代码也可以完成和柔性数组一样的功能，那么为什么要用柔性数组呢？

第一个好处是：方便内存释放

我们会发现，如果是上面那一段代码，用了两次动态内存分配，用户调用free释放结构体，但是并不知道结构体内的成员也需要free，这样就出现了内存泄漏的问题，更容易出错，而如果是用柔性数组的话，只需要free一次就可以把所有申请的内存释放掉。

第二个好处是：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。

我们用图片的方式看一下两端代码的结构体在内存中是如何分配的。

柔性数组：

第二种代码：

我们可以看见，第二种代码的数据在内存中的分布是分散的而没有整合在一起，因此内存碎片较多，这样就很好的解释了第二种好处。

总结

柔性数组的语法特点相当于给了我们一种新的思路，在有些特定的场合上柔性数组这一做法能够更好的完成，这也让我们感受到了C语言的神奇之处！

之后在解决数组大小不确定这一类问题的时候，大家就可以考虑一下柔性数组是否会更好啦！