C语言柔性数组

本文深入探讨了C语言中柔性数组的用法及其在Redis sds类型中的应用,讲解了柔性数组如何帮助实现结构体与变长数据的连续存储,提高存储和访问效率。

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C语言柔性数组

​ 在阅读redis源码的时候遇到C语言的柔性数组的用法,之前有接触过但是没有深入了解,今天在网上查阅相关资料和写一些小的示例记录下C语言柔性数组的用法和特性。

Redis在sds类型定义中提到了下列的用法,其中每个结构体的最后一个成员char buf[] 即为柔性字数组的用法。下面这种使用方法,通过使用柔性数组,达到了sds类型的包头(header)与实际数据连续存储的目的,提到sds字符串类型的存储和访问效率。

/* Note: sdshdr5 is never used, we just access the flags byte directly.
 * However is here to document the layout of type 5 SDS strings. */
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* used */
    uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

柔性数组

​ 在C99中,为了实现变长的结构体,C语言标准委员会引入了柔性数组的概念。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; 
    uint8_t alloc; 
    unsigned char flags; 
    char buf[];			// 柔性数组
};

int main()
{
    // sizeof(sdshdr8):3
 	printf("sizeof(sdshdr8):%u\n", sizeof(sdshdr8));   
}

用法

​ 柔性数组为在结构体的最后声明一个不指定长度或长度为0的数组(该数组的类型可以为任意基本类型)

作用

​ 柔性数组最本质的作用就是将struct结构体类型数据与变长数据达到从内存分布上连续的目的。

限制

​ 1、带有柔性数组的结构体中必须有至少一个其他类型的成员

​ 2、并且柔性数组必须出现在结构体的最后

特点

​ 1、该柔性数组数组名不占用内存空间,它本质上是一个偏移量,代表一个不可修改的地址常量

​ 2、包含柔性数组成员的struct用malloc ()函数进行内存的动态分配时,可以分配的内存大于结构的大小,以适应柔性数组的预期大小,然后再向多余的内存中存储需要的数据

#include <iostream>

struct test_t
{
    int a;
    char b[];
    test_t()
    {
        a = 0;
    }
};

int main()
{
    test_t* test = (test_t*)malloc(sizeof(test_t) + 100*(sizeof(char)));
    char* a = "456";
    strcpy(test->b, a);
    std::cout << test->a << test->b << std::endl;

}

其他实现struct中变长数组的方法

实现struct中包含变长字符串还有其他很多种方法,其中最常见的就是在struct中声明一个指针的方式,如:

struct test
{
	int a;
	char* p;
};

这种方式与柔性数组相比的最大缺点在于给p分配的内存与struct的内存不连续,存取效率较低,易产生内存碎片。

### 柔性数组的概念 柔性数组是一种特殊的数组形式,在 C99 标准中被正式引入。它可以作为结构体的最后一个成员,用于实现动态分配内存的功能,从而灵活管理数组的实际大小[^1]。 柔性数组的特点在于其长度不需要在定义时明确指定,这使得它能够适应不同的数据需求场景。通常情况下,普通的数组需要在声明时就确定大小,而柔性数组则突破了这一限制,成为一种动态数组的形式[^2]。 --- ### 结构体中的柔性数组定义 柔性数组必须位于结构体的最后位置,并且它的前面至少有一个其他类型的成员变量。以下是典型的柔性数组结构体定义: ```c struct FlexibleArray { int size; // 存储实际数组的大小 int data[]; // 柔性数组成员 }; ``` 在这个例子中,`data` 是一个柔性数组,表示该数组的具体大小将在运行时决定[^3]。 --- ### 柔性数组的使用方法 为了使用柔性数组,需要手动为其分配足够的内存空间。具体操作如下: #### 动态内存分配 由于柔性数组本身并不占用任何存储空间,因此可以通过 `malloc` 或 `calloc` 函数为整个结构体分配内存,其中要考虑到柔性数组所需的额外字节数量。 假设我们需要创建一个包含 10 个整数的柔性数组,则可以这样分配内存: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define ARRAY_SIZE 10 int main() { struct FlexibleArray *fa = malloc(sizeof(struct FlexibleArray) + sizeof(int) * ARRAY_SIZE); if (fa == NULL) { printf("Memory allocation failed\n"); return -1; } fa->size = ARRAY_SIZE; for (int i = 0; i < fa->size; ++i) { fa->data[i] = i * 2; // 填充数据 } printf("Data in flexible array:\n"); for (int i = 0; i < fa->size; ++i) { printf("%d ", fa->data[i]); } printf("\n"); free(fa); // 释放内存 return 0; } ``` 上述代码展示了如何动态分配内存给带有柔性数组的结构体实例,并对其填充和访问数据[^4]。 --- ### 注意事项 1. **不可初始化**:柔性数组无法像普通数组那样直接赋初值。 2. **仅限于结构体最后一项**:柔性数组只能作为结构体的最后一部分存在。 3. **兼容性问题**:虽然柔性数组是在 C99 中标准化的特性,但在某些较旧版本的编译器上可能不受支持。 ---
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