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          C語言柔性數(shù)組詳解

          發(fā)布人:電子禪石 時(shí)間:2023-02-19 來源:工程師 發(fā)布文章
          一、柔性數(shù)組是什么?

          C99中,結(jié)構(gòu)體中的最后一個(gè)元素允許是未知大小的數(shù)組,這就叫作柔性數(shù)組,for example:

           struct st_type{
          	int i;
          	int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];};

          結(jié)構(gòu)體成員a數(shù)組,它的數(shù)組大小是沒有確定的,將來如果需要可以大也可以小。
          有些編譯器支持a[0]這種寫法,有些編譯器支持a[ ]這種寫法,具體取決編譯器。


          二、柔性數(shù)組的特點(diǎn)

          1.結(jié)構(gòu)體中柔性數(shù)組成員前面必須至少有一個(gè)其他成員

          示例如下:


           struct st_type

          {

          int i;

          int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];

          };


          比如上面這段代碼,如果你要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)柔性數(shù)組a,前面必須創(chuàng)建一些別的成員

          ————————————————

          2.sizeof返回的這種結(jié)構(gòu)大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存

           struct st_type
          {
          	int i;//4字節(jié)
          	int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];
          	//因?yàn)槭侨嵝詳?shù)組,無法確認(rèn)a占幾個(gè)字節(jié)
          };
           int main()
           {
          	 printf("%d\n", sizeof(struct st_type));//打印4
          	 return 0;
           }

          這里計(jì)算包含柔性數(shù)組的結(jié)構(gòu)體大小,因?yàn)槿嵝詳?shù)組本身是無法確定有幾個(gè)字節(jié)的,所以計(jì)算整體結(jié)構(gòu)體大小時(shí),會(huì)省略柔性數(shù)組的計(jì)算。


          3.包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc()函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配,并且分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)的大小,以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小

          ps:除了malloc函數(shù),realloc、calloc等動(dòng)態(tài)內(nèi)存開辟的函數(shù)也需要類似的操作


          比如說我現(xiàn)在要數(shù)組a里面有10個(gè)元素,現(xiàn)在進(jìn)行malloc一下

          ————————————————

          示例如下:

          #include<string.h>
          #include<errno.h>
          struct st_type
          {
          	int i;//4字節(jié)
          	int a[0];//柔性數(shù)組成員,也可以寫int a[];
          };
          int main()
          {
              //假設(shè)我現(xiàn)在需要a里有10個(gè)元素
          	struct st_type*ps=(struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int));
          	if (ps == NULL)//由于空間可能不夠開辟導(dǎo)致malloc開辟失敗,開辟失敗會(huì)返回空指針
          	{
          		printf("%s\n", strerror(errno));
          		return -1;//程序出問題后,跳出程序
          	}
          	//開辟成功
          	int j = 0;
          	for (j = 0;j < 10;j++)
          	{
          		ps->a[j] = j;
          	}
          	for (j = 0;j < 10;j++)
          	{
          		printf("%d ", ps->a[j]);//打印0-9
          	}
          	printf("\n");
          	//如果想繼續(xù)用柔性數(shù)組a進(jìn)行打印
          	//比如現(xiàn)在a里只有10個(gè)元素,我用完10個(gè)了,我還要繼續(xù)來10個(gè),用realloc追加
          	struct st_type*ptr=realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int));//ps:realloc第二個(gè)參數(shù)是調(diào)整后的整體大小
          	if (ptr == NULL)
          	{
          		printf("擴(kuò)容失敗\n");
          		return -1;
          	}
          	else
          	{
          		ps = ptr;
          	}
          	//擴(kuò)容成功
          	int k = 0;
          	for (k = 10;k < 20;k++)
          	{
          		ps->a[k] = k;
          	}
          	for (j = 0;j < 20;j++)
          	{
          		printf("%d ", ps->a[j]);//打印0-19
          	}
          	//釋放空間
          	free(ps);
          	ps = NULL;
          	return 0;
          }

          image.png


          我們這里需要數(shù)組a里有10個(gè)元素,那我們malloc的時(shí)候要對(duì)結(jié)構(gòu)體里的整形i先開辟4個(gè)字節(jié),然后為整形數(shù)組a再開辟40個(gè)字節(jié),然后malloc函數(shù)返回開辟空間的起始地址,賦給truct st_type * 類型的ps指針。


          malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int))這個(gè)操作等價(jià)于struct st_type類型創(chuàng)建一個(gè)變量所占空間,只不過是用malloc來開辟


          你改變數(shù)組a大小,追加空間時(shí),realloc(ps, sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int)),realloc的第一個(gè)參數(shù)仍然是ps,因?yàn)槟惝?dāng)時(shí)是用malloc一次開辟出的一塊空間,你是不能單獨(dú)調(diào)整數(shù)組a的空間的

          ————————————————

          三、柔性數(shù)組的優(yōu)點(diǎn)

          柔性數(shù)組就是對(duì)一塊空間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)開辟嘛,那我們之前也講過指針來動(dòng)態(tài)內(nèi)存開辟,我們來看一段代碼來對(duì)比一下這兩種方法:

          //用指針也可以做到a指向的空間動(dòng)態(tài)變化
          struct st_type
          {
          	int i;//4字節(jié)
          	int *a;//4字節(jié),這里計(jì)算結(jié)構(gòu)體大小恰好是8字節(jié)
          };
          int main()
          {
          	struct st_type*ps = (struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type));
          	ps->i = 100;
          	ps->a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//a指向40個(gè)字節(jié)的空間,該空間由int*進(jìn)行管理
          	int j = 0;
          	for (j = 0;j < 10;j++)
          	{
          		ps->a[j] = j;//a[j]=*(a+j)
          	}
          	for (j = 0;j < 10;j++)
          	{
          		printf("%d", ps->a[j]);
          	}
          	//a指向的空間不夠了,希望調(diào)整大小
          	int *ptr = (int*)realloc(ps->a, 20 * sizeof(int));
          	if (ptr == NULL)
          	{
          		printf("擴(kuò)容失敗");
          		return -1;
          	}
          	else
          	{
          		ps->a = ptr;
          	}
          	//使用...
          	//釋放
          	free(ps->a);
          	ps->a = NULL;
          	free(ps);
          	ps = NULL;
          }

          這里需要注意的是,在釋放空間時(shí),你要先釋放指針a指向的空間,然后釋放結(jié)構(gòu)體指針。


          image.png

          如上圖,我們結(jié)構(gòu)體指針ps開辟一塊空間,空間里存放整形i和整形指針a,a又malloc(后續(xù)如果需要還可以realloc追加)一塊空間,如果你先釋放掉ps,a就沒了,你就沒法找到a指向的那塊空間了。

          還是那個(gè)生動(dòng)的例子 就比如a是一個(gè)警察頭子,malloc開辟的空間是臥底,只有a知道那個(gè)臥底,你現(xiàn)在警察頭子死了,再也沒法證明臥底是臥底了,也就是說a消失后,沒辦法再對(duì)開辟的空間進(jìn)行釋放,這時(shí)就會(huì)造成內(nèi)存泄露,指針實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存調(diào)整是需要對(duì)指針釋放講解一定的順序性的

          ————————————————

          這里對(duì)比柔性數(shù)組,柔性數(shù)組和上述的指針都可以實(shí)現(xiàn)一塊空間大小的調(diào)整,但是柔性數(shù)組有兩個(gè)好處:

          第一個(gè)好處是:方便內(nèi)存釋放

          如果我們的代碼是在一個(gè)給別人用的函數(shù)中,你在里面做了二次內(nèi)存分配,并把整個(gè)結(jié)構(gòu)體返回給用戶。用戶調(diào)用free可以釋放結(jié)構(gòu)體,但是用戶并不知道這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員也需要free,所以你不能指望用戶來發(fā)現(xiàn)這個(gè)事。以上,如果我把結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存及其成員要的內(nèi)存一次性分配好,并返回給用戶一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針,用戶做一次free就可以把所有內(nèi)存都釋放掉,并且不用考慮前面說的釋放的順序。

          ————————————————

          第二個(gè)好處是:加快訪問速度
          連續(xù)的內(nèi)存有益于提高訪問速度,也有益于減少內(nèi)存碎片。
          ps:內(nèi)存碎片如下圖

          image.png


          總結(jié)

          本文介紹了柔性數(shù)組的定義、其三個(gè)使用特點(diǎn),及其對(duì)比指針實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存的優(yōu)勢(shì),并對(duì)其進(jìn)行了具體舉例,知識(shí)點(diǎn)并不復(fù)雜,希望讀者學(xué)習(xí)完本文后能對(duì)柔性數(shù)組有更進(jìn)一步的理解,祝讀者生活愉快!


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