C语言的柔性数组

柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。
C99 中，结构体中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。
例如：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];//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[];//柔性数组成员
}type_a;

1.柔性数组的特点：

• 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员。
• sizeof 返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存。
• 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。

例如：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
 printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
 return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

2.柔性数组的使用

我们很好奇，柔性数组，柔在哪？

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。
什么意思呢？
我们来举个例子：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

int main()
{

	type_a* ps = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 5 * sizeof(type_a));
	return 0;
}

这句代码什么意思呢：

我们知道st_type结构体的大小是4，我们申请的sizeof（type_a）+ 5*sizeof(type_a)大小的空间，其中4字节是int i的，其他20字节是柔性数组成员的，如图：
在这里插入图片描述
我们通过malloc来申请空间，那就可以用realloc函数来调整空间，这就是柔性数组的柔之处；
所以，到这我们也就不难理解为什么柔性数组的位置要放在最后一个成员了；

我们继这个例子来使用一下我们开辟的空间：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

int main()
{

	type_a* ps = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 5 * sizeof(type_a));

	ps->i = 100;
	int j = 0;
	for (j = 0; j < 5; j++)
	{
		ps->a[j] = j;
	}
	return 0;
}

我们可以调试看看：
在这里插入图片描述
我们来用realloc函数来调整一下空间：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

int main()
{

	type_a* ps = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 5 * sizeof(type_a));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	ps->i = 100;
	int j = 0;
	for (j = 0; j < 5; j++)
	{
		ps->a[j] = j;
	}

	//调整空间

	type_a* ptr = (type_a*)realloc(ps, sizeof(type_a) + 10 * sizeof(type_a));
	if (ptr != NULL)
	{
		ps = ptr;

	}
	//...

	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

3.柔性数组的优势

上述的 type_a 结构也可以设计为下⾯的结构，也能完成同样的效果。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct st_type
{
 int i;
 int *p_a;
}type_a;
int main()
{
 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(int 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;
 return 0;
}

我们不难理解，这串代码也可以实现数组变长变短；

在这里插入图片描述
上述代码和柔性数组可以完成同样的功能，但是柔性数组的实现有两个好处：

第⼀个好处是：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⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望⽤⼾来发现这个事。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了，并返回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。