柔性数组概念
对于柔性数组,也许你之前从未听说过,柔性数组,顾名思义,就是数组,它的柔性柔在元素个数可以动态变化,
即柔性数组是未知大小的,数组大小可以动态变化的。
在结构体中,最后一个元素允许是未知大小的数组,这个数组就叫柔性数组成员。
下面直接举例子来说明柔性数组。
struct S { int n; int arr[]; };
这就是一个柔性数组,柔性数组是在结构体中是未知大小的。
struct S { int n; int arr[0]; };
上面这种写法也可以。
当我们进行编译时,编译通过。
柔性数组特点:
下面举例说明柔性数组的特点:
假设需要动态开辟一块内存空间,我们可以这样操作:
typedef struct S { int n; int arr[]; };
当我们计算这个柔性数组的大小时,结果如下:
看到结果是4,可能你会疑惑,别着急,这就是柔性数组的第一个特点:
特点1:sizeof计算结构体大小时,不包括柔性数组的大小
所以计算上面的结构体的大小时,仅计算n大小,在进行结构体内存对齐后,结果是4 。
特点2:柔性数组成员之前必须至少有一个其他成员。
特点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。
什么意思呢?举个例子:
typedef struct S { int n; int arr[0]; }S; int main() { struct S s = { 0 }; struct S* ps = (S*)malloc(sizeof(S) + 5 * sizeof(int)); return 0; }
看上面的代码:当我们动态申请一块内存时,申请的空间需要大于结构体本身的大小。
在后面增加适当的空间以适应柔性数组的大小。
下面举实际例子来说明柔性数组的一些好处:
typedef struct S { int n; int arr[0]; }S; int main() { struct S s = { 0 }; struct S* ps = (S*)malloc(sizeof(S) + 5 * sizeof(int)); if (ps == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return; } ps->n = 100; int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { ps->arr[i] = i; } }
在内存中申请一块空间,这块空间在内存中是连续的。
然后将n 和arr分别赋值
如果想使用的空间不够,那就重新申请空间
struct S*ptr=realloc(ps, 44);
44 = 24(原结构体大小) + 20(5*int)
也就是再开辟五个int类型的空间
int main() { struct S s = { 0 }; struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5 * sizeof(int)); if (ps == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return; } ps->n = 100; int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { ps->arr[i] = i; } struct S*ptr=realloc(ps, 44); if (ptr != NULL) { ps = ptr; } for (i = 5; i < 10; i++) { ps->arr[i] = i; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps->arr[i]); } //释放 free(ps); ps = NULL; return 0; }
然后进行赋值,再打印出来,整个完整代码如上:
结果如下:
使用柔性数组动态开辟内存,这块空间是连续的。
下面来看另一种开辟内存的方法:
struct S { int n; int* arr; }; int main() { struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)); ps->arr = malloc(sizeof(int) * 5); int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { ps->arr[i] = i; } //加大内存,调整大小 int *ptr= realloc(ps->arr, 10 * sizeof(int)); if (ptr != NULL) { ps->arr = ptr; } for (i = 5; i < 10; i++) { ps->arr[i] = i; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps->arr[i]); } free(ps->arr);//free要有先后顺序 free(ps); ps = NULL; return 0; }
看不懂代码?请看下图:
首先申请了第一块空间结构体指针ps,该指针指向了上面的S结构体,第二次申请的空间是 ps所指向的结构体成员指针arr,为这个arr成员申请了一块空间,然后增加空间。
在两次申请的过程中,两块空间ps 和 arr所指向的空间 都是在堆区上,结构体是在栈区上,所以释放的时候,只释放申请出来的两块空间,不需要释放结构体空间。
对比两段代码,可以看出不同点:
在第一段代码中,申请的空间是连续的,第二段代码中,申请的空间是不连续的。
第一段代码申请的空间只需free一次,第二段代码申请的空间需要free两次,并且free的先后顺序有要求,需要先释放arr指向的空间,再释放ps。如果释放顺序相反,会导致arr指向的空间就失踪了, 也就是没人能知道arr指向的空间在哪。
所以,在这里使用柔性数组的好处有:
1.方便释放空间。
2.利于内存访问
第二点如何理解?
下面引出局部性原理的概念:
局部性原理
局部性原理是指CPU访问存储器时,无论是存取指令还是存取数据,所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。
意思是:当我们访问一块空间时,接下来有 80%的可能性会访问它周边的数据。
来看下面:
一个存储器层次结构图如上:
直接画出主要的布局:
cpu在访问空间时,首先会在寄存器中读取数据,如果寄存器中没有那块需要读取的空间,就会去高速缓存中寻找,如果高速缓存中也没有这块内存区域,它就会去硬盘中寻找。
这样层层往下寻找。
如上图:
假如需要读取的空间是连续的,那么这块空间放在寄存器中时,cpu先读取一小部分空间,根据局部性原理:cpu有80%的几率读取周围的空间,这样就能够提高访问效率。
这就是使用柔性数组的好处
假如读取的空间是不连续的,而是碎片式的访问。这样读取效率就会降低。
所以,柔性数组的好处在于:
1.方便释放空间。
2.利于内存访问