1.什么是柔性數(shù)組

柔性數(shù)組就是大小可以變化的數(shù)組。

注意跟C99中的變長(zhǎng)數(shù)組區(qū)分開(kāi)來(lái)，變長(zhǎng)數(shù)組指的是可以使用變量來(lái)指定大小，并且不能初始化的數(shù)組，比如：

int n = 0;
scanf("%d", &n);
int arr[n]; // 變長(zhǎng)數(shù)組

柔性數(shù)組是在結(jié)構(gòu)體中聲明的。它滿足：

是結(jié)構(gòu)體的最后一個(gè)成員變量。

大小不確定，一般空出來(lái)或者用0來(lái)填充。

比如：

struct S
{
    char ch;
    double d;
    int arr[];
};

或者：

struct S
{
    char ch;
    double d;
    int arr[0];
};

上面的2中寫(xiě)法是等價(jià)的，但是有些編譯器只支持其中的一種寫(xiě)法。

在進(jìn)行如何使用的講解之前，先來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題：結(jié)構(gòu)體S的大小是多少？也就是說(shuō)，sizeof(struct S)是多大？

不同的編譯器結(jié)果不一定一樣。事實(shí)上，sizeof(struct S)計(jì)算的是結(jié)構(gòu)體中除了變長(zhǎng)數(shù)組之外的大小，在VS2022，X64環(huán)境下，考慮內(nèi)存對(duì)齊，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果是16。

2.柔性數(shù)組應(yīng)該如何使用

為了給柔性數(shù)組分配空間，應(yīng)該使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理。假設(shè)使用malloc來(lái)申請(qǐng)空間，我們應(yīng)該考慮柔性數(shù)組的大小，算出總的大小。

以上面的struct S為例。假設(shè)我想要數(shù)組arr的大小是10個(gè)int，那么要開(kāi)辟的總大小就是除了柔性數(shù)組之外的大小+柔性數(shù)組的大小。前面提到了，除了柔性數(shù)組之外的大小就是sizeof(struct S)，而柔性數(shù)組的大小是10*sizeof(int)，就能如下開(kāi)辟空間：

struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
if (ps == NULL)
{
    // ...
}
// ...

這樣，結(jié)構(gòu)體中的成員數(shù)組arr就有了10個(gè)int的空間了，我們可以正常的使用這個(gè)結(jié)構(gòu)體，只需把成員數(shù)組arr當(dāng)成int arr[10];這樣的數(shù)組即可。

當(dāng)然，之所以叫“柔性數(shù)組”，這個(gè)數(shù)組不僅可以指定初始化的大小，也可以改變大小，畢竟是動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟出來(lái)的。只需要使用realloc即可，新的大小的計(jì)算方式和前面一樣，也是sizeof(struct S)+柔性數(shù)組新的大小。比如，如果我想把數(shù)組的大小擴(kuò)大成原來(lái)的2倍，可以這么寫(xiě)：

struct S* tmp = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));
if (tmp == NULL)
{
    // ...
}
else
{
    ps = tmp;
}
// ...

這樣，ps指向的結(jié)構(gòu)體的最后一個(gè)成員數(shù)組的容量就變成了20個(gè)int。

記住，所有動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)存，在使用結(jié)束后，都需要調(diào)用free釋放。比如以上的結(jié)構(gòu)體s使用完后，需要free(ps);。

3.柔性數(shù)組的替代方案及內(nèi)存分布對(duì)比

其實(shí)，我們可以不使用柔性數(shù)組實(shí)現(xiàn)類似的效果。分析一下，以上的結(jié)構(gòu)體struct S的特點(diǎn)是：

使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理，在堆區(qū)上申請(qǐng)空間。

有一個(gè)成員數(shù)組，可以動(dòng)態(tài)的改變大小。

如果不使用柔性數(shù)組，而是直接使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的思路，也是可以的。比如：

struct S
{
    char ch;
    double d;
    int* arr;
};

先malloc出一個(gè)結(jié)構(gòu)體出來(lái)。

struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
if (ps == NULL)
{
    // ...
}
// ...

接著再malloc出一塊空間，交給arr管理。假設(shè)開(kāi)辟出10個(gè)int的空間。

ps->arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (ps->arr == NULL)
{
    // ...
}
// ...

如果想要擴(kuò)容，直接對(duì)ps->arr進(jìn)行realloc即可。比如，把a(bǔ)rr指向的空間擴(kuò)容成原來(lái)的2倍。

int* tmp = (int*)realloc(ps->arr, 20 * sizeof(int));
if (tmp == NULL)
{
    // ...
}
else
{
    ps->arr = tmp;
}

這塊空間使用結(jié)束后，記得釋放空間。注意一定要先釋放arr，再釋放ps，因?yàn)槿绻柔尫舙s，結(jié)構(gòu)體內(nèi)的arr就成了野指針，就找不到原來(lái)arr指向的空間了，形成了內(nèi)存泄漏。

free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
free(ps);
pf = NULL;

使用和不使用柔性數(shù)組的內(nèi)存分布對(duì)比：

對(duì)于柔性數(shù)組，動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)存只存放了一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)體，所有的成員變量（數(shù)組）整體上是連續(xù)的空間。

不使用柔性數(shù)組實(shí)現(xiàn)類似的效果，需要先動(dòng)態(tài)開(kāi)辟出一個(gè)結(jié)構(gòu)體，再開(kāi)辟出另外一塊空間，用結(jié)構(gòu)體的一個(gè)成員變量（一個(gè)指針）來(lái)管理。相當(dāng)于malloc了2次，有2塊獨(dú)立的空間。

4.柔性數(shù)組有哪些優(yōu)點(diǎn)

既然不使用柔性數(shù)組也能實(shí)現(xiàn)類似的效果，為什么還要使用柔性數(shù)組呢？因?yàn)槿嵝詳?shù)組有以下的2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

• 使用柔性數(shù)組只用malloc一次，free一次。如果不使用柔性數(shù)組，要malloc兩次，free兩次。在使用上，柔性數(shù)組更方便、更簡(jiǎn)單。
• 由于柔性數(shù)組在整體上只開(kāi)辟了一塊連續(xù)的空間，根據(jù)局部性原理，緩存的命中率更高，增加了效率（雖然其實(shí)也沒(méi)增加多少）。

總結(jié)

柔性數(shù)組指的是結(jié)構(gòu)體的最后一個(gè)成員變量是一個(gè)大小不確定的數(shù)組，數(shù)組的大小會(huì)空出來(lái)或者給0。

柔性數(shù)組的使用需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理，具體的大小計(jì)算是sizeof(結(jié)構(gòu)體類型)+柔性數(shù)組大小。

不使用柔性數(shù)組也可以實(shí)現(xiàn)類似的效果，但是柔性數(shù)組是有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)的。如果使用柔性數(shù)組，只需要malloc和free一次；如果不使用柔性數(shù)組，對(duì)于結(jié)構(gòu)體需要malloc一次，結(jié)構(gòu)體內(nèi)的指針又要malloc一次，總共需要malloc兩次，free兩次。比較起來(lái)，使用柔性數(shù)組更簡(jiǎn)單、方便，而且整體是一塊連續(xù)的空間，根據(jù)局部性原理，效率更高。

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