聽說有人不了解柔性數(shù)組
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1 引言
定長數(shù)組包
在平時的開發(fā)中，緩沖區(qū)數(shù)據(jù)收發(fā)時，如果采用緩沖區(qū)定長包，假定大小是 1k，MAX_LENGTH為 1024。結構體如下：
- // 定長緩沖區(qū)
- struct max_buffer
- {
- int len;
- char data[MAX_LENGTH];
- };
數(shù)據(jù)結構的大小 >= sizeof(int) + sizeof(char) * MAX_LENGTH為了防止數(shù)據(jù)溢出的情況，data 的長度一般會設置得足夠大，但也正是因為這樣，才會導致數(shù)組的冗余。
假如發(fā)送 512 字節(jié)的數(shù)據(jù), 就會浪費 512 個字節(jié)的空間, 平時通信時，大多數(shù)是心跳包，大小遠遠小于 1024，除了浪費空間還消耗很多流量。
內存申請：
- 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，我們可以將上面的長度為 MAX_LENGTH 的定長數(shù)組換為指針, 每次使用時動態(tài)的開辟 CUR_LENGTH 大小的空間。數(shù)據(jù)包結構體定義：
- struct point_buffer
- {
- int len;
- char *data;
- };
數(shù)據(jù)結構大小 >= sizeof(int) + sizeof(char *)但在內存分配時，需要兩步進行:
- 需為結構體分配一塊內存空間;
- 為結構體中的成員變量分配內存空間;
內存申請：
- 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);
- }
- }
內存釋放：
- free(p_buffer->data);
- free(p_buffer);
- p_buffer = NULL;
雖然這樣能夠節(jié)約內存，但是兩次分配的內存是不連續(xù)的, 需要分別對其進行管理，導致的問題就是需要對結構體和數(shù)據(jù)分別申請和釋放內存，這樣對于程序員來說無疑是一個災難，因為這樣很容易導致遺忘釋放內存造成內存泄露。
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，這種代碼結構產(chǎn)生于對動態(tài)結構體的需求。在日常的編程中，有時候需要在結構體中存放一個長度動態(tài)的字符串，鑒于這種代碼結構所產(chǎn)生的重要作用，C99 甚至把它收入了標準中：
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 標準引入的特性，所以當你的編譯器提示不支持的語法時，請檢查你是否開啟了 C99 選項或更高的版本支持。
C99 標準的定義如下:
- struct test {
- short len; // 必須至少有一個其它成員
- char arr[]; // 柔性數(shù)組必須是結構體最后一個成員（也可是其它類型，如：int、double、...）
- };
- 柔性數(shù)組成員必須定義在結構體里面且為最后元素;
- 結構體中不能單獨只有柔性數(shù)組成員;
- 柔性數(shù)組不占內存。
在一個結構體的最后，申明一個長度為空的數(shù)組，就可以使得這個結構體是可變長的。對于編譯器來說，此時長度為 0 的數(shù)組并不占用空間，因為數(shù)組名本身不占空間，它只是一個偏移量，數(shù)組名這個符號本身代表了一個不可修改的地址常量，
但對于這個數(shù)組的大小，我們可以進行動態(tài)分配,對于編譯器而言，數(shù)組名僅僅是一個符號，它不會占用任何空間，它在結構體中，只是代表了一個偏移量，代表一個不可修改的地址常量!
對于柔性數(shù)組的這個特點，很容易構造出變成結構體，如緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)包等等， 其實柔性數(shù)組成員在實現(xiàn)跳躍表時有它特別的用法，在Redis的SDS數(shù)據(jù)結構中和跳躍表的實現(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度的結構體，為了解決使用數(shù)組時內存的冗余和數(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)結構大小 = sizeof(struct soft_buffer) = sizeof(int)，這樣的變長數(shù)組常用于網(wǎng)絡通信中構造不定長數(shù)據(jù)包, 不會浪費空間浪費網(wǎng)絡流量。
申請內存：
- 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);
- }
釋放內存：
- free(softbuffer);
- softbuffer = NULL;
對比使用指針和柔性數(shù)組會發(fā)現(xiàn)，使用柔性數(shù)組的優(yōu)點：
- 由于結構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，結構體使用指針時，必須拷貝它指向的內存，內存不連續(xù)會存在問題，柔性數(shù)組可以直接拷貝。
- 減少內存碎片，由于結構體的柔性數(shù)組和結構體成員的地址是連續(xù)的，即可一同申請內存，因此更大程度地避免了內存碎片。另外由于該成員本身不占結構體空間，因此，整體而言，比普通的數(shù)組成員占用空間要會稍微小點。
缺點：對結構體格式有要求，必要放在最后，不是唯一成員。
3 總結
在日常編程中，有時需要在結構體中存放一個長度是動態(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)組內存的冗余和數(shù)組的越界問題一種方法。非常值得大家學習和借鑒。
