Java数组长度可变吗

转载

feiry 2024-11-27 06:56:40

文章标签 Java数组长度可变吗 java 数组变长数据数组数据结构 文章分类 Java 后端开发

C 语言中变长数组

VLA，variable length array
int array1[10]; //valid
int const N = 10;
int array2[N]; //valid
int n = 10;
int array3[n]; //valid
GCC 中零长数组
struct line {
int length;
char contents[0];
};
struct line *thisline = (struct line *) malloc (sizeof (struct line) + this_length);
thisline->length = this_length;

我们在网络通信过程中使用的数据缓冲区, 缓冲区包括一个len字段和data字段, 分别标识数据的长度和传输的数据, 我们常见的有几种设计思路

定长数据缓冲区, 设置一个足够大小 MAX_LENGTH 的数据缓冲区

设置一个指向实际数据的指针, 每次使用时, 按照数据的长度动态的开辟数据缓冲区的空间

定长包(开辟空间, 释放, 访问)

比如我要发送 1024 字节的数据, 如果用定长包, 假设定长包的长度 MAX_LENGTH 为 2048, 就会浪费 1024 个字节的空间, 也会造成不必要的流量浪费.

数据结构定义

struct max_buffer
{
int len;
char data[MAX_LENGTH];
};

数据结构大小

由于考虑到数据的溢出, 变长数据包中的 data 数组长度一般会设置得足够长足以容纳最大的数据, 因此 max_buffer 中的 data 数组很多情况下都没有填满数据, 因此造成了浪费

构造

假如我们要发送 CURR_LENGTH = 1024 个字节, 我们如何构造这个数据包呢:

一般来说, 我们会返回一个指向缓冲区数据结构 max_buffer 的指针

if ((mbuffer = (struct max_buffer *)malloc(sizeof(struct max_buffer))) != NULL)
{
mbuffer->len = CURR_LENGTH;
memcpy(mbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", mbuffer->len, mbuffer->data);
}

这段内存要分两部分使用

前部分 4 个字节 p->len, 作为包头(就是多出来的那部分)，这个包头是用来描述紧接着包头后面的数据部分的长度，这里是 1024, 所以前四个字节赋值为 1024 (既然我们要构造不定长数据包，那么这个包到底有多长呢，因此，我们就必须通过一个变量来表明这个数据包的长度，这就是len的作用)，

而紧接其后的内存是真正的数据部分, 通过 p->data, 最后, 进行一个 memcpy() 内存拷贝, 把要发送的数据填入到这段内存当中

释放

那么当使用完毕释放数据的空间的时候, 直接释放就可以了

free(mbuffer);
mbuffer = NULL;

使用定长数组, 作为数据缓冲区, 为了避免造成缓冲区溢出, 数组的大小一般设为足够的空间 MAX_LENGTH, 而实际使用过程中, 达到 MAX_LENGTH 长度的数据很少, 那么多数情况下, 缓冲区的大部分空间都是浪费掉的.

但是使用过程很简单, 数据空间的开辟和释放简单, 无需程序员考虑额外的操作

指针数据包(开辟空间, 释放, 访问)

如果你将上面的长度为 MAX_LENGTH 的定长数组换为指针, 每次使用时动态的开辟 CURR_LENGTH 大小的空间, 那么就避免造成 MAX_LENGTH - CURR_LENGTH 空间的浪费, 只浪费了一个指针域的空间.

数据结构定义

struct point_buffer
{
int len;
char *data;
}

;

数据结构大小

考虑对齐, 那么数据结构的大小 >= sizeof(int) + sizeof(char *)

构造

但是也造成了使用在分配内存时，需采用两步

printf("the length of struct test3:%d\n", sizeof(struct point_buffer));
if ((pbuffer = (struct point_buffer *)malloc(sizeof(struct point_buffer))) != NULL)
{
pbuffer->len = CURR_LENGTH;
if ((pbuffer->data = (char *)malloc(sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
{
memcpy(pbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", pbuffer->len, pbuffer->data);
}
}

首先, 需为结构体分配一块内存空间;

其次再为结构体中的成员变量分配内存空间.

这样两次分配的内存是不连续的, 需要分别对其进行管理. 当使用长度为的数组时, 则是采用一次分配的原则, 一次性将所需的内存全部分配给它.

释放

相反, 释放时也是一样的

free(pbuffer->data);
free(pbuffer);
pbuffer = NULL;

使用指针结果作为缓冲区, 只多使用了一个指针大小的空间, 无需使用 MAX_LENGTH 长度的数组, 不会造成空间的大量浪费.

但那是开辟空间时, 需要额外开辟数据域的空间, 施放时候也需要显示释放数据域的空间, 但是实际使用过程中, 往往在函数中开辟空间, 然后返回给使用者指向 struct point_buffer 的指针, 这时候我们并不能假定使用者了解我们开辟的细节, 并按照约定的操作释放空间, 因此使用起来多有不便, 甚至造成内存泄漏

变长数据缓冲区(开辟空间, 释放, 访问)

定长数组使用方便, 但是却浪费空间, 指针形式只多使用了一个指针的空间, 不会造成大量空间分浪费, 但是使用起来需要多次分配, 多次释放, 那么有没有一种实现方式能够既不浪费空间, 又使用方便的呢?

GNU C 的0长度数组, 也叫变长数组, 柔性数组就是这样一个扩展. 对于0长数组的这个特点，很容易构造出变成结构体，如缓冲区，数据包等等：

数据结构定义

// 0长度数组
struct zero_buffer
{
int len;
char data[0];
};

数据结构大小

这样的变长数组常用于网络通信中构造不定长数据包, 不会浪费空间浪费网络流量, 因为char data[0]; 只是个数组名, 是不占用存储空间的,

即 sizeof(struct zero_buffer) = sizeof(int)

构造

那么我们使用的时候, 只需要开辟一次空间即可

if ((zbuffer = (struct zero_buffer *)malloc(sizeof(struct zero_buffer) + sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
{
zbuffer->len = CURR_LENGTH;
memcpy(zbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", zbuffer->len, zbuffer->data);
}

释放

释放空间也是一样的, 一次释放即可

free(zbuffer);
zbuffer = NULL;

总结

// zero_length_array.c
#include 
#include 
#define MAX_LENGTH 1024
#define CURR_LENGTH 512
// 0长度数组
struct zero_buffer
{
int len;
char data[0];
}__attribute((packed));
// 定长数组
struct max_buffer
{
int len;
char data[MAX_LENGTH];
}__attribute((packed));
// 指针数组
struct point_buffer
{
int len;
char *data;
}__attribute((packed));
int main(void)
{
struct zero_buffer *zbuffer = NULL;
struct max_buffer *mbuffer = NULL;
struct point_buffer *pbuffer = NULL;
// =====================
// 0长度数组 占用-开辟-销毁
// =====================
/// 占用
printf("the length of struct test1:%d\n",sizeof(struct zero_buffer));
/// 开辟
if ((zbuffer = (struct zero_buffer *)malloc(sizeof(struct zero_buffer) + sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
{
zbuffer->len = CURR_LENGTH;
memcpy(zbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", zbuffer->len, zbuffer->data);
}
/// 销毁
free(zbuffer);
zbuffer = NULL;
// =====================
// 定长数组 占用-开辟-销毁
// =====================
/// 占用
printf("the length of struct test2:%d\n",sizeof(struct max_buffer));
/// 开辟
if ((mbuffer = (struct max_buffer *)malloc(sizeof(struct max_buffer))) != NULL)
{
mbuffer->len = CURR_LENGTH;
memcpy(mbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", mbuffer->len, mbuffer->data);
}
/// 销毁
free(mbuffer);
mbuffer = NULL;
// =====================
// 指针数组 占用-开辟-销毁
// =====================
/// 占用
printf("the length of struct test3:%d\n",sizeof(struct point_buffer));
/// 开辟
if ((pbuffer = (struct point_buffer *)malloc(sizeof(struct point_buffer))) != NULL)
{
pbuffer->len = CURR_LENGTH;
if ((pbuffer->data = (char *)malloc(sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)
{
memcpy(pbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", pbuffer->len, pbuffer->data);
}
}
/// 销毁
free(pbuffer->data);
free(pbuffer);
pbuffer = NULL;
return EXIT_SUCCESS;
}

Java数组长度可变吗_数组