【维生素C语言】第十五章 - 柔性数组（可变长数组）

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柠檬叶子C 2022-12-29 17:26:48 博主文章分类：🍋《维生素C语言》 ©著作权

文章标签 c语言柔性数组内存池可变长数组 #include 文章分类 运维

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【维生素C语言】第十五章 - 柔性数组（可变长数组）_可变长数组

前言：

本篇将对C99标准中引入的新特性——柔性数组，进行讲解。并探讨柔性数组的优势，简单的介绍内存池的相关概念，来体会柔性数组的优点。

一、柔性数组介绍

📚 定义：柔性数组（Flexible Array），又称可变长数组。一般数组的长度是在编译时确定，而柔性数组对象的长度在运行时确定。在定义结构体时允许你创建一个空数组（例如：arr [ 0 ] ），该数组的大小可在程序运行过程中按照你的需求变动。

🔍 出处：柔性数组（Flexible Array），是在C语言的 C99 标准中，引入的新特性。结构中的最后一个元素的大小允许是未知的数组，即为柔性数组。

【百度百科】在 ANSI 的标准确立后，C语言的规范在一段时间内没有大的变动，然而C++在自己的标准化创建过程中继续发展壮大。《标准修正案一》在1994年为C语言创建了一个新标准，但是只修正了一些C89标准中的细节和增加更多更广的国际字符集支持。不过，这个标准引出了1999年ISO 9899:1999的发表。被称为C99，C99被ANSI于2000年3月采用。

💬 演示：

struct S {
    int n;
    int arr[]; // 👈 柔性数组成员
};

❗ 部分编译器可能会报错，可以试着将 a [ 0 ] 改为 a [ ] ：

struct S {
    int n;
    int arr[]; // 👈 柔性数组成员
};

二、柔性数组的特点

💬 结构中的柔性数组成员的前面必须至少有一个其他成员：

typedef struct st_type {
    int i;    // 👈 必须至少有一个其他成员
    int a[0]; // 👈 柔性数组成员
} type_a;

💬 sizeof 计算这种结构的大小是不包含柔性数组成员的：

#include <stdio.h>

struct S {
    int n; // 4
    int arr[]; // 大小是未知的
};

int main() {
    struct S s = {0};
    printf("%d\n", sizeof(s));

    return 0;
}

🚩 4

💬 包含柔性数组成员的结构，用 malloc 函数进行内存分配，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：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct S {
    int n;
    int arr[0];
};

int main() {
    // 期望arr的大小是10个整型

    //         给n的            给arr[]的
    //           👇                👇
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int)); 
    // 后面+的大小就是给柔性数组准备的

    return 0;
}

💡 分析：

【维生素C语言】第十五章 - 柔性数组（可变长数组）_c语言_02

三、柔性数组的使用

💬 代码演示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct S {
    int n;
    int arr[0];
};

int main() {
    // 期望arr的大小是10个整型
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int));
    ps->n = 10;

    // 使用
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        ps->arr[i];
    }

    // 增容
    struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20*sizeof(int));
    if (ptr != NULL) {
        ps = ptr;
    }

    // 再次使用 （略）

    // 释放
    free(ps);
    ps = NULL;

    return 0;
}

🐞 查看地址：

四、柔性数组的优势

💬 代码1：使用柔性数组

/* 代码1 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct S {
    int n;
    int arr[0];
};

int main() {
    // 期望arr的大小是10个整型
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10*sizeof(int));
    ps->n = 10;

    // 使用
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        ps->arr[i];
    }

    // 增容
    struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20*sizeof(int));
    if (ptr != NULL) {
        ps = ptr;
    }

    // 再次使用 （略）

    // 释放
    free(ps);
    ps = NULL;

    return 0;
}

💬 代码2：直接使用指针

想让n拥有自己的空间，其实不使用柔性数组也可以实现。

/* 代码2 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct S {
    int n;
    int* arr;
};

int main() {
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
    if (ps == NULL)
        return 1;
    ps->n = 10;
    ps->arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (ps->arr == NULL)
        return 1;

    // 使用
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        ps->arr[i];
    }

    // 增容
    int* ptr = (struct S*)realloc(ps->arr, 20 * sizeof(int));
    if (ptr != NULL) {
        ps->arr = ptr;
    }

    // 再次使用 （略）

    // 释放
    free(ps->arr); // 先free第二块空间
    ps->arr = NULL;
    free(ps);
    ps = NULL;

    return 0;
}

❓ 上面的 代码1 和 代码2 可以完成同样的同能，哪个更好呢？

💡 显而易见， 代码1 更好：

① 第一个好处：有利于内存释放

虽然 代码2 实现了相应的功能，但是和 代码1 比还是有很多不足之处的。代码2 使用指针完成，进行了两次 malloc ，而两次 malloc 对应了两次 free ，相比于 代码1 更容易出错如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了两次内存分配，并把整个结构体返回给用户。虽然用户调用 free 可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要 free，所以你不能指望用户来发现这件事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好（而不是多次分配），并且返回给用户一个结构体指针，用户只需使用一次 free 就可以把所有的内存都给释放掉，可以间接地减少内存泄露的可能性。

② 第二个好处：有利于访问速度