【C语言】柔性的数组是什么?C/C++程序的内存开辟又是?

简介: 【C语言】柔性的数组是什么?C/C++程序的内存开辟又是?

前言

首先,我们知道在程序编译、运行的过程中,程序中的变量等会再内存中申请空间,这个时候呢,就需要我们来了解一下,C/C++程序的内存开辟是什么情况。

其次,我们都知道数组,知道数组是在编译的时候,就已经固定了内存空间,元素大小,那么什么又叫做柔性数组呢,是不是我们所想的那样,可以任意变化数组大小呢?

接下来,让小王带领大家一一探讨!!!


一、C/C++程序的内存开辟

我们一定想知道,到底C/C++程序在运行过程会将内存分为几部分,是如何划分的?

首先有一个简易图,让我们大致了解一下,变量放在哪,动态管理函数又放在哪?

内存空间可以初步分为:栈区、堆区、静态区

如图所示:

1.1 初步分析内存

栈区:主要是局部变量和函数形参在这个地方占用空间

堆区:动态内存管理函数malloc、free、calloc、realloc等等函数申请空间

静态区:存放全局变量、静态变量

有关于堆区的这些函数可以去上一篇函数去看看,静态区也没什么好讲的,主要是全局变量和静态变量。

全局变量:在整个程序中所有函数之内都可以使用,可以更改内容,只在程序结束时退出

静态变量:由static修饰的变量,可以更改内容,在程序结束的时候才会失去对空间的使用权

栈区,由一个常见的小问题,返回栈区空间问题

如图所示:

1.2 详细分析内存管理

我们将内存更加细致的分为,内核空间、栈、内存映射段、堆、数据段、代码段

如图所示:

C/C++程序内存分配的几个区域:

1. 栈区(stack):在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

2. 堆区(heap):一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。

3. 数据段(静态区)(static)存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码

有了上图,我们就可以更加清晰的认知到,由static来静态修饰局部变量的意义了,相当于改变了生命周期。

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的,栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。

但是被static修饰的变量存放在数据段(静态区),数据段的特点是在上面创建的变量,直到程序结束才销毁

所以生命周期变长。

二、柔性数组

柔性数组,是C99标准中,结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组,这就是柔性数组成员

例如:

typedef struct Node {
  int i;
  int arr[];//这就是柔性数组成员
  //或者是这样的情况:int arr[0]
  //int arr[0] 中的零并没有实际意义,并不是说明0个元素,这只是柔性数组的标识
};

2.1 柔性数组的特点

1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。        

2.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

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

图示解释:

2.2 柔性数组的使用

实际上柔性数组的使用和其他数组的使用是没有什么区别的,只是说,柔性数组是一种方式,可以在不知道需要多大的数组元素个数的时候,使用, 这样在后面可以根据自己所需,申请适当空间大小的数组来使用。所以是柔性的,普通数组是固定死的

代码演示:

typedef struct Node {
  int i;
  int arr[];//这就是柔性数组成员
  //或者是这样的情况:int arr[0]
  //int arr[0] 中的零并没有实际意义,并不是说明0个元素,这只是柔性数组的标识
}Node;
int main()
{
  int sz = sizeof(Node);
  printf("%d\n", sz);//4  只算除了柔性数组的其他成员的内容
  Node* p = (Node*)malloc(sizeof(Node)+10*sizeof(int));
  //创建 p结构体的空间,sizeof(Node)为int i 的空间 10*sizeof(int) 是留给柔性数组的空间
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    p->arr[i] = i + 1;
  }
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    printf("%d ", p->arr[i]);
  }
  free(p);
  return 0;
}

根据自己所需,我们设计了10个int类型元素的数组arr

2.3 柔性数组的优势

我们现在可能反应回来了,可能有人在问,这个柔性数组,我们也可以这样搞呀!

代码演示:

struct S {
  int n;
  int* arr;
};
int main()
{
  //先申请结构体的空间
  struct S* s = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
  //赋值
  s->n = 10;
  //再申请int*的空间
  s->arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
  //这样申请到了10个整型大小的空间
  for (int i = -0; i < 10; i++) {
    s->arr[i] = i + 1;
  }
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    printf("%d ", s->arr[i]);
  }
  free(s->arr);//先取消s.arr的空间并置为NULL,如果先s置为NULL,再滞空arr 的时候会警告
  s->arr = NULL;
  free(s);//要注意先后顺序,先内部的arr free滞空,再s free滞空
  s = NULL;
  return 0;//防止错误吧,逻辑问题
}

我们能看到,这样的代码也能实现柔性数组那样的功能啊,确实是可以实现的,但是我们来分析一下,使用柔性数组有什么优势呢?

第一: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存以及其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就可以把所有的内存也给释放掉。

第二:这样有益于访问速度

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,我个人觉得也没多高了,反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)

就是说使用柔性数组,只需要malloc一次、free一次、且空间是连续的

非柔性数组,需要malloc两次、free一次、且空间不是连续的


总结

这里我们就知道了,C/C++程序的内存分配是什么情况,简易的内存分配可以怎么描述?更加细致的分配,我也在本文中讲解了,最后是对于柔性数组的分析和使用,可能有些小伙伴觉得,哎,好像这个柔性数组没有什么太大的用处啊,我可以用别的方法实现呀(有讲),实际上这是C语言给我们提供的一种解决问题的思路或者是方式,不需要深究,我们知道,会用即可!!!

那么本文就到此结束了,下一篇文章,我们来讲述一下,文件操作是如何使用的,相关函数又是如何,可以对通讯录做升级处理啦!!!

目录
打赏
0
0
0
0
0
分享
相关文章
【C++核心】特殊的元素集合-数组与字符串详解
这篇文章详细讲解了C++中数组和字符串的基本概念、操作和应用,包括一维数组、二维数组的定义和使用,以及C风格字符串和C++字符串类的对比。
151 4
【C++面向对象——群体类和群体数据的组织】实现含排序功能的数组类(头歌实践教学平台习题)【合集】
1. **相关排序和查找算法的原理**:介绍直接插入排序、直接选择排序、冒泡排序和顺序查找的基本原理及其实现代码。 2. **C++ 类与成员函数的定义**:讲解如何定义`Array`类,包括类的声明和实现,以及成员函数的定义与调用。 3. **数组作为类的成员变量的处理**:探讨内存管理和正确访问数组元素的方法,确保在类中正确使用动态分配的数组。 4. **函数参数传递与返回值处理**:解释排序和查找函数的参数传递方式及返回值处理,确保函数功能正确实现。 通过掌握这些知识,可以顺利地将排序和查找算法封装到`Array`类中,并进行测试验证。编程要求是在右侧编辑器补充代码以实现三种排序算法
81 5
简述 C、C++程序编译的内存分配情况
在C和C++程序编译过程中,内存被划分为几个区域进行分配:代码区存储常量和执行指令;全局/静态变量区存放全局变量及静态变量;栈区管理函数参数、局部变量等;堆区则用于动态分配内存,由程序员控制释放,共同支撑着程序运行时的数据存储与处理需求。
370 22
【C语言】C++ 和 C 的优缺点是什么?
C 和 C++ 是两种强大的编程语言,各有其优缺点。C 语言以其高效性、底层控制和简洁性广泛应用于系统编程和嵌入式系统。C++ 在 C 语言的基础上引入了面向对象编程、模板编程和丰富的标准库,使其适合开发大型、复杂的软件系统。 在选择使用 C 还是 C++ 时,开发者需要根据项目的需求、语言的特性以及团队的技术栈来做出决策。无论是 C 语言还是 C++,了解其优缺点和适用场景能够帮助开发者在实际开发中做出更明智的选择,从而更好地应对挑战,实现项目目标。
224 0
C 语言的关键字 static 和 C++ 的关键字 static 有什么区别
在C语言中,`static`关键字主要用于变量声明,使得该变量的作用域被限制在其被声明的函数内部,且在整个程序运行期间保留其值。而在C++中,除了继承了C的特性外,`static`还可以用于类成员,使该成员被所有类实例共享,同时在类外进行初始化。这使得C++中的`static`具有更广泛的应用场景,不仅限于控制变量的作用域和生存期。
165 10
|
8月前
|
C++
【C++基础】程序流程结构详解
这篇文章详细介绍了C++中程序流程的三种基本结构:顺序结构、选择结构和循环结构,包括if语句、三目运算符、switch语句、while循环、do…while循环、for循环以及跳转语句break、continue和goto的使用和示例。
156 2
|
8月前
|
C++
C++(十一)对象数组
本文介绍了C++中对象数组的使用方法及其注意事项。通过示例展示了如何定义和初始化对象数组,并解释了栈对象数组与堆对象数组在初始化时的区别。重点强调了构造器设计时应考虑无参构造器的重要性,以及在需要进一步初始化的情况下采用二段式初始化策略的应用场景。
|
7月前
|
实现两个变量值的互换[C语言和C++的区别]
实现两个变量值的互换[C语言和C++的区别]
85 0
【C++篇】深度解析类与对象(下)
在上一篇博客中,我们学习了C++的基础类与对象概念,包括类的定义、对象的使用和构造函数的作用。在这一篇,我们将深入探讨C++类的一些重要特性,如构造函数的高级用法、类型转换、static成员、友元、内部类、匿名对象,以及对象拷贝优化等。这些内容可以帮助你更好地理解和应用面向对象编程的核心理念,提升代码的健壮性、灵活性和可维护性。
【c++11】c++11新特性(上)(列表初始化、右值引用和移动语义、类的新默认成员函数、lambda表达式)
C++11为C++带来了革命性变化,引入了列表初始化、右值引用、移动语义、类的新默认成员函数和lambda表达式等特性。列表初始化统一了对象初始化方式,initializer_list简化了容器多元素初始化;右值引用和移动语义优化了资源管理,减少拷贝开销;类新增移动构造和移动赋值函数提升性能;lambda表达式提供匿名函数对象,增强代码简洁性和灵活性。这些特性共同推动了现代C++编程的发展,提升了开发效率与程序性能。
58 12

热门文章

最新文章

AI助理

你好,我是AI助理

可以解答问题、推荐解决方案等