柔性數(shù)組的定義和應(yīng)用
時(shí)間：2021-11-11 14:40:24
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[導(dǎo)讀]關(guān)注星標(biāo)公眾號(hào)，不錯(cuò)過精彩內(nèi)容來源|C語言與CPP編程1引言定長(zhǎng)數(shù)組包在平時(shí)的開發(fā)中，緩沖區(qū)數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，如果采用緩沖區(qū)定長(zhǎng)包，假定大小是1k，MAX_LENGTH為1024。結(jié)構(gòu)體如下：//??定長(zhǎng)緩沖區(qū)struct?max_buffer{????int???len;????ch...
1 引言
定長(zhǎng)數(shù)組包
在平時(shí)的開發(fā)中，緩沖區(qū)數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，如果采用緩沖區(qū)定長(zhǎng)包，假定大小是 1k，MAX_LENGTH為 1024。結(jié)構(gòu)體如下：
// 定長(zhǎng)緩沖區(qū)
struct max_buffer
{
int len;
char data[MAX_LENGTH];
};
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小 >= sizeof(int)sizeof(char) * MAX_LENGTH為了防止數(shù)據(jù)溢出的情況，data 的長(zhǎng)度一般會(huì)設(shè)置得足夠大，但也正是因?yàn)檫@樣，才會(huì)導(dǎo)致數(shù)組的冗余。
假如發(fā)送 512 字節(jié)的數(shù)據(jù), 就會(huì)浪費(fèi) 512 個(gè)字節(jié)的空間, 平時(shí)通信時(shí)，大多數(shù)是心跳包，大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 1024，除了浪費(fèi)空間還消耗很多流量。
內(nèi)存申請(qǐng)：
if ((m_buffer = (struct max_buffer *)malloc(sizeof(struct max_buffer))) != NULL)
{
m_buffer->len = CUR_LENGTH;
memcpy(m_buffer->data, "max_buffer test", CUR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", m_buffer->len, m_buffer->data);
}
內(nèi)存釋放：
free(m_buffer);
m_buffer = NULL;
指針數(shù)據(jù)包
為了避免空間上的浪費(fèi)，我們可以將上面的長(zhǎng)度為 MAX_LENGTH的定長(zhǎng)數(shù)組換為指針, 每次使用時(shí)動(dòng)態(tài)的開辟 CUR_LENGTH大小的空間。數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)體定義：
struct point_buffer
{
int len;
char *data;
};
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小 >= sizeof(int)sizeof(char *)但在內(nèi)存分配時(shí)，需要兩步進(jìn)行:
-
需為結(jié)構(gòu)體分配一塊內(nèi)存空間;
-
為結(jié)構(gòu)體中的成員變量分配內(nèi)存空間;
內(nèi)存申請(qǐng)：
if ((p_buffer = (struct point_buffer *)malloc(sizeof(struct point_buffer))) != NULL)
{
p_buffer->len = CUR_LENGTH;
if ((p_buffer->data = (char *)malloc(sizeof(char) * CUR_LENGTH)) != NULL)
{
memcpy(p_buffer->data, "point_buffer test", CUR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", p_buffer->len, p_buffer->data);
}
}
內(nèi)存釋放：
free(p_buffer->data);
free(p_buffer);
p_buffer = NULL;
雖然這樣能夠節(jié)約內(nèi)存，但是兩次分配的內(nèi)存是不連續(xù)的, 需要分別對(duì)其進(jìn)行管理，導(dǎo)致的問題就是需要對(duì)結(jié)構(gòu)體和數(shù)據(jù)分別申請(qǐng)和釋放內(nèi)存，這樣對(duì)于程序員來說無疑是一個(gè)災(zāi)難，因?yàn)檫@樣很容易導(dǎo)致遺忘釋放內(nèi)存造成內(nèi)存泄露。
有沒有更好的方法呢？那就是今天的主題柔性數(shù)組。
2 柔性數(shù)組
什么是柔性數(shù)組？
柔性數(shù)組成員（flexible array member）也叫伸縮性數(shù)組成員，這種代碼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生于對(duì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)體的需求。在日常的編程中，有時(shí)候需要在結(jié)構(gòu)體中存放一個(gè)長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)的字符串，鑒于這種代碼結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的重要作用，C99 甚至把它收入了標(biāo)準(zhǔn)中：
As a special case, the last element of a structure with more than one named member may have an incomplete array type; this is called a flexible array member.
柔性數(shù)組是 C99 標(biāo)準(zhǔn)引入的特性，所以當(dāng)你的編譯器提示不支持的語法時(shí)，請(qǐng)檢查你是否開啟了 C99 選項(xiàng)或更高的版本支持。
C99 標(biāo)準(zhǔn)的定義如下:
struct test {
short len; // 必須至少有一個(gè)其它成員
char arr[]; // 柔性數(shù)組必須是結(jié)構(gòu)體最后一個(gè)成員（也可是其它類型，如：int、double、...）
};
-
柔性數(shù)組成員必須定義在結(jié)構(gòu)體里面且為最后元素；
-
結(jié)構(gòu)體中不能單獨(dú)只有柔性數(shù)組成員；
-
柔性數(shù)組不占內(nèi)存。
在一個(gè)結(jié)構(gòu)體的最后，申明一個(gè)長(zhǎng)度為空的數(shù)組，就可以使得這個(gè)結(jié)構(gòu)體是可變長(zhǎng)的。對(duì)于編譯器來說，此時(shí)長(zhǎng)度為 0 的數(shù)組并不占用空間，因?yàn)閿?shù)組名本身不占空間，它只是一個(gè)偏移量，數(shù)組名這個(gè)符號(hào)本身代表了一個(gè)不可修改的地址常量，
但對(duì)于這個(gè)數(shù)組的大小，我們可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配,對(duì)于編譯器而言，數(shù)組名僅僅是一個(gè)符號(hào)，它不會(huì)占用任何空間，它在結(jié)構(gòu)體中，只是代表了一個(gè)偏移量，代表一個(gè)不可修改的地址常量！
對(duì)于柔性數(shù)組的這個(gè)特點(diǎn)，很容易構(gòu)造出變成結(jié)構(gòu)體，如緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)包等等， 其實(shí)柔性數(shù)組成員在實(shí)現(xiàn)跳躍表時(shí)有它特別的用法，在Redis的SDS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中和跳躍表的實(shí)現(xiàn)上，也使用柔性數(shù)組成員。它的主要用途是為了滿足需要變長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)體，為了解決使用數(shù)組時(shí)內(nèi)存的冗余和數(shù)組的越界問題。
柔性數(shù)組解決引言的例子
//柔性數(shù)組
struct soft_buffer
{
int len;
char data[0];
};
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小 = sizeof(struct soft_buffer)= sizeof(int)，這樣的變長(zhǎng)數(shù)組常用于網(wǎng)絡(luò)通信中構(gòu)造不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)包, 不會(huì)浪費(fèi)空間浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)流量。
申請(qǐng)內(nèi)存：
if ((softbuffer = (struct soft_buffer *)malloc(sizeof(struct soft_buffer) sizeof(char) * CUR_LENGTH)) != NULL)
{
softbuffer->len = CUR_LENGTH;
memcpy(softbuffer->data, "softbuffer test", CUR_LENGTH);
printf("%d, %s\n", softbuffer->len, softbuffer->data);
}
釋放內(nèi)存：
free(softbuffer);
softbuffer = NULL;
對(duì)比使用指針和柔性數(shù)組會(huì)發(fā)現(xiàn)，使用柔性數(shù)組的優(yōu)點(diǎn)：
-
由于結(jié)構(gòu)體使用指針地址不連續(xù)（兩次 malloc），柔性數(shù)組地址連續(xù)，只需要一次 malloc，同樣釋放前者需要兩次，后者可以一起釋放。
-
在數(shù)據(jù)拷貝時(shí)，結(jié)構(gòu)體使用指針時(shí)，必須拷貝它指向的內(nèi)存，內(nèi)存不連續(xù)會(huì)存在問題，柔性數(shù)組可以直接拷貝。
-
減少內(nèi)存碎片，由于結(jié)構(gòu)體的柔性數(shù)組和結(jié)構(gòu)體成員的地址是連續(xù)的，即可一同申請(qǐng)內(nèi)存，因此更大程度地避免了內(nèi)存碎片。另外由于該成員本身不占結(jié)構(gòu)體空間，因此，整體而言，比普通的數(shù)組成員占用空間要會(huì)稍微小點(diǎn)。
缺點(diǎn)：對(duì)結(jié)構(gòu)體格式有要求，必要放在最后，不是唯一成員。
3 總結(jié)
在日常編程中，有時(shí)需要在結(jié)構(gòu)體中存放一個(gè)長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)的字符串(也可能是其他數(shù)據(jù)類型)，可以使用柔性數(shù)組，柔性數(shù)組是一種能夠巧妙地解決數(shù)組內(nèi)存的冗余和數(shù)組的越界問題一種方法。非常值得大家學(xué)習(xí)和借鑒。
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