C语言中的柔性数组

C语言中，为了实现变长结构体，引入了柔性数组，既省内存又比指针方案更高效更安全。本文将主要来认识柔性数组。

一、柔性数组的定义

C99中，结构中的最后一个元素可以是一个大小为0数组，这个数组就是柔性数组。

定义方式如下：

c 复制代码

struct struct_arr{
    int a;
    int b[];//柔性数组成员,有的编译器要求写成 int b[0]
};

柔性数组"int b\[\]"还是"int b $0$ "主要看编译器，有的编译器两种都支持。

上面的数组名b，代表一个地址标签 ，（类似struct这个标签），是整个结构体的延伸部分的一个别名，不占据存储空间。

如果把b\[\]处换为"int *b"，对于指针b需要为它开辟一个8字节的空间（前提64位的操作系统）。两者的差距可参考下面实际运行结果：

c 复制代码

#include<stdio.h>
#include<windows.h>
#include<math.h>

struct struct_arr0{
    int a;
    int b[];
};
struct struct_arr1{
    int c;
    int *d;
};
int main(){
    SetConsoleOutputCP(65001);
    SetConsoleCP(65001);
    struct struct_arr0 sa0;  
    struct struct_arr1 sa1;
    printf("struct_arr0结构体大小：%zu字节\n",sizeof(sa0)); 
    printf("struct_arr1结构体大小：%zu字节\n",sizeof(sa1));  
    return 0;
}

运行结果如下：

对比项	柔性数组	指针
申请/释放次数	一次malloc，一次free	要两次malloc/free
内存情况	内存连续，访问更快（CPU缓存友好），序列化/网络传输方便	数据和结构体不连续，缓存不友好
潜在风险	不会泄漏	容易内存泄漏、野指针
缺点	数组长度分配以后不能动态改变	可以后期重新realloc改变数据长度

二、柔性数组的使用

如上面的b\[\],在a后面就是b，后面我们可以使用malloc申请一段任意大小的空间，用b去访问那段空间（即：操作灵活，同一个类型的结构体指针，可以操作的空间大小可变）

c 复制代码

 #include<stdio.h>
#include<windows.h>
#include<math.h>

struct struct_arr0{
    int a;
    int b[];
};
struct struct_arr1{
    int c;
    int *d;
};
int main(){
    SetConsoleOutputCP(65001);
    SetConsoleCP(65001);
    struct struct_arr0 *sa1=malloc(sizeof(struct struct_arr0)+2*sizeof(int));//此时b的空间大小就是8字节
    sa1->a=1000;
    *(sa1->b)=5;
    *(sa1->b+1)=100;
    printf("=====柔性数组====\n");
    printf("结构体-柔性数组中a:%d\n",sa1->a);
    printf("结构体-柔性数组中b[0]里存储的是：%d\n",*(sa1->b)); 
    printf("结构体-柔性数组中b[1]里存储的是：%d\n",*(sa1->b+1));  
    printf("sa1结构体的首地址是：%p\n",(void *)sa1);
    printf("结构体-柔性数组中a地址的是：%p\n",(void *)&(sa1->a)); 
    printf("结构体-柔性数组中b地址的是：%p\n",(void *)&sa1->b[0]); 
    printf("结构体-柔性数组中b[1]里地址的是：%p\n",(void *)&sa1->b[1]);

    struct struct_arr1 *sa2=malloc(sizeof(struct struct_arr1));//第一次malloc，结构体本身
    sa2->d=malloc(2*sizeof(int));//第二次malloc，d指向独立内存
    sa2->c=2000;
    sa2->d[0]=8;
    sa2->d[1]=300;
    printf("=====指针版本====\n");
    printf("结构体-指针中c:%d\n",sa2->c);
    printf("结构体-指针中d[0]里存储的是：%d\n",sa2->d[0]); 
    printf("结构体-指针中d[1]里存储的是：%d\n",sa2->d[1]);  

    printf("sa2结构体的首地址是：%p\n",(void *)sa2);
    printf("结构体-指针中c地址的是：%p\n",(void *)&(sa2->c)); 
    printf("结构体-指针中d的地址的是：%p\n",(void*)sa2->d); 
    printf("结构体-指针中d[0]内容的地址的是：%p\n",(void *)&sa2->d[0]);
    printf("结构体-指针中d[1]内容的地址的是：%p\n",(void *)&sa2->d[1]);
    free(sa1);
    free(sa2->d);
    free(sa2);
    return 0;
}

运行结果：

sa1->b:b $0$ 、b $1$ 全部来自一次malloc，释放free（sa1）即可，只free一次

sa2->d:仅存一个地址，d指向另外一个malloc出来的独立堆块，需要malloc2次，释放要先free（sa2->d),再free(sa2),忘记释放d直接free(sa2)直接内存泄漏

二、柔性数组的注意事项

1、柔性数组成员必须放在结构体最后

三、对比其他语言

柔性数组只有C、C++有，在嵌入式、底层开发场景使用

C++:不推荐柔性数组，用std:vector

Java：没有柔性数组，用List、动态数组

python/go:自带动态数组，不需要这种语法

总之：柔性数组是C语言为了高效处理"变长结构体"而设计的特性