前言:
以前我们所学数组(包括变长数组),在数组声明的时候,就必须指定数组的大小,它所需要的内存在编译时分配。但是有时候需要的数组大小在程序运行的时候才能知道,该怎么办呢?这就是我们今天要来学习的新内容——柔性数组。
一、柔性数组的介绍
柔性数组(flexible array):在C99中,结构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。
示例:
typedef struct st_type { int i; int a[0];//表示数组的大小是未知的——柔性数组成员 }type_a;
有些编译器会报错无法编译可以改成将a[0]改为a[]:
typedef struct st_type { int i; int a[];//表示数组的大小是未知的——柔性数组成员 }type_a;
注意:
1、柔性数组是C99中引入的,支持C99柔性数组的编译器才可使用柔性数组(VS集成开发支持)。
2、柔性数组成员必须是结构体的成员,还必须是结构中的最后一个成员。
3、柔性数组成员在声明的时候数组大小不写和数组大小为0是一样的(arr[]和arr[0]),表示数组的大小是未知的。
二、柔性数组的特点
特点:
1、结构中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员(我们想分配一个不定长的数组,所以定义一个结构体,最少有两个成员。一个代表数组的长度,一个是柔性数组成员)。
2、sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存(零长度的数组存在于结构体中,但是不占结构体的大小,可理解为一个没有内容的占位标识,直到我们给结构体分配了内存,这个占位标识才变成一个有长度的数组)。
3、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。
讲解:
1、结构中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员。
代码演示:
typedef struct st_type { int i;//必须至少有一个其他成员——数组长度 int a[];//表示数组的大小是未知的——柔性数组成员 }type_a;
2、sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
代码演示:
#include<stdio.h> typedef struct S { int i;//必须至少有一个其他成员 int a[];//表示数组的大小是未知的——柔性数组成员 }S; int main() { //计算结构体的大小并将其打印 printf("%d\n", sizeof(S)); return 0; }
运算结果:
3、 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。
代码演示:
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> typedef struct S { int i;//必须至少有一个其他成员 int a[];//表示数组的大小是未知的——柔性数组成员 }S; int main() { //使用柔性数组成员的结构,使用malloc进行内存分配, //并且分配的内存应该大于结构的大小。 //给柔性数组开辟10个整形的空间 struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int)); return 0; }
图示:
三、柔性数组的使用
代码演示1:使用柔性数组——结构体中数据是连续的
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> typedef struct S { int i;//必须至少有一个其他成员 int a[];//表示数组的大小是未知的——柔性数组成员 }S; int main() { //给柔性数组成员开辟10个整形的空间 struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int)); //判断是否开辟成功 if (NULL == ps) { //打印错误信息 perror("malloc"); return 1; } //使用 ps->i = 10; int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { ps->a[i] = i; printf("%d ", ps->a[i]); } //增容,在添加10个整形 struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int)); if (ptr != NULL) { ps = ptr; ps-> i = 20; } else { perror("realloc"); //增容失败,释放之前开辟的 free(ps); ps = NULL; return 1; } //再次使用(略) //释放增容成功 free(ps); ps = NULL; return 0; }
四、柔性数组的优势
代码演示2:不使用柔性数组——结构体中的数据不连续
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> typedef struct S { int i; int* a;//不使用int a[]柔性数组,使用指针 }S; int main() { //给结构S开辟空间 struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)); //判断是否开辟成功 if (NULL == ps) { //打印错误信息 perror("malloc"); return 1; } //使用 ps->i = 10; ps->a = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); if (NULL == ps->a) { //打印错误信息 perror("malloc->a"); return 1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { ps->a[i] = i; printf("%d ", ps->a[i]); } //增容,在添加10个整形 int* ptr = (int*)realloc(ps->a, 20 * sizeof(int)); if (ptr != NULL) { ps->a = ptr; ps->i = 20; } else { perror("realloc->ptr"); //增容失败,先释放结构体指针a指向的之前开辟的空间 //(因为先释放结构体的空间,就找不着a指向的空间了) free(ps->a); ps->a = NULL; //再释放结构体的空间 free(ps); ps = NULL; return 1; } //再次使用(略) //释放增容成功 //先释放结构体指针a指向的之前开辟的空间 //(因为先释放结构体的空间,就找不着a指向的空间了) free(ps->a); ps->a = NULL; //再释放结构体的空间 free(ps); ps = NULL; return 0; }
上面代码演示1和代码演示2都可以完成同样的功能,谁更好呢?
答案是:代码演示1,他有两个好处。
好处1:方便内存释放
如果我们的代码是在一个给别人用的函数中,你在里面做了二次内存分配,并把整个结构体返回给用户。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个事。所以,如果我们把结构体的内容以及成员要的内存一次性分配好了,并返回给用户一个结构体指针,用户做一次free就可以把所有的内容也给释放掉。
图示:
好处2: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。(其实,也没多高,因为都要用偏移量的加法来寻址)。
图示: