【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组（下）

2022-05-11 102

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简介： 【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组（下）

⚾六、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。

其实从名字我们也可以大概知道其含义，“柔性”指柔软的，可变动的，flexible 本就具有灵活的，可变的含义。

举例

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。（也就是说柔性数组成员不能单独存在）
2）sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。（计算大小的时候，不考虑柔性数组成员的大小）

【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组_malloc realloc_24

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。（也就是包含柔性数组成员的结构体类型在创建变量的时候，需要用动态内存开辟的方式来创建。

原因是：柔性数组的大小可变，那么其创建出来的结构体变量大小也是可变的，所以需要动态开辟的方式来创建！）

举例：

#include<stdio.h>
struct S
{
    int n;
    int arr[];//未知大小的-柔性数组成员-数组的大小是可以调整的
};

int main()
{
    //struct S s1;这种方式创建的变量无法正常使用
    //printf("%d\n", sizeof(s1));
    //假设我们期望arr的大小是10个int类型
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));//开辟了arr的空间
    return 0;
}

动态开辟内存分布情况如图：

【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组_动态内存开辟_25

正因为空间是动态开辟出来的，如果后续使用的时候，数组arr的空间大小不够了，可以通过realloc去动态调整，体现了其“柔性”的特点。

【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组_柔性数组_26

#include<stdio.h>
struct S
{
    int n;
    int arr[];//还可以写成这样 int arr[0];
};
int main()
{
    //假设我们期望arr的大小是10个int类型
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
    
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        ps->arr[i] = i;//访问并修改arr[]的值
    }
    //调整
    struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));
    if (ptr == NULL)
    {
        perror("main");
        return 1;
    }
    ps = ptr;
    //使用
    //.....
    //释放
    free(ps);
    ps = NULL;
    return 0;
}

柔性数组功能的替代方法

用一个指针代替柔性数组成员

struct S
{
    int n;
    //int arr[];//还可以写成这样 int arr[0];
    int* arr;//替换柔性数组
};
int main()
{
    struct S* ps=(struct*)malloc(sizeof(struct S));
    ps->arr=malloc(5*sizeof(int));
    
    int i=0;
    for(i=0;i<5;i++)
    {
        ps-arr[i]=i;
    }
    for(i=0;i<5;i++)
    {
        printf("%d ",ps-arr[i])
    }
    return 0;
}

【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组_calloc free_27

如果内存不够，想再次修改如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

struct S
{
    int n;
    //int arr[];//还可以写成这样 int arr[0];
    int* arr;//替换柔性数组
};

int main()
{
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));//开辟了结构体8个字节的空间（初始空间）
    //两次malloc是为了让ps->arr是动态的，如果ps被系统释放了，arr指向的空间就找不到了
    ps->arr = malloc(5 * sizeof(int));//让arr指向动态开辟的空间

    int i = 0;
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        ps -> arr[i] = i;
    }
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("%d ", ps -> arr[i]);
    }
    printf("\n");
    
    //调整内存
    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]);
    }

    //释放内存
    free(ps->arr);//先释放里面的
    free(ps);
    return 0;
}

【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组_calloc free_28

柔性数组与非柔性数组比较

好处一：方面内存释放
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。

好处二 : 这样有利于访问速度.
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，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)
（涉及到内存池，局部性原理：空间局部性原理、时间局部性原理。）

【C语言进阶】—— 动态内存开辟+柔性数组_柔性数组_29

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举例

柔性数组功能的替代方法

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