开发常使用方式之“柔性数组”

前言

在软件开发过程中,常遇到一些不定长的数据处理和数据传输等场景,最开始的做法大多是定义一个结构体,包含数据长度和数据地址,如:

struct Frame 
{
    int type;
    int length;
    char *pBuf;
};

这种写法对于数据同步处理基本没什么问题,若是数据异步处理时则在使用上会稍微复杂一些。

异步处理数据时要考虑变量和内存的生命周期,否则容易出现内存泄漏的问题,因为涉及到内存管理的问题。

概念

数组长度为0,也叫柔性数组,其主要用途是为了满足需要变长度的结构体,本质是为了方便内存缓冲区的管理

在标准C和C++中,长度为0的数组是被禁止使用的。不过在GNU C中,存在一个非常奇怪的用法,那就是长度为0的数组,比如Array[0]

使用

柔性数组的最典型的用法就是数组位于结构体中的最后一项

struct Frame 
{
    int type;
    int length;
    char buf[0];
};

如果你将上面的长度为0的数组换为指针,那么在分配内存时,需采用两步:首先,需为结构体分配一块内存空间;其次再为结构体中的成员变量分配内存空间。这样两次分配的内存是不连续的,需要分别对其进行管理。当然也能为分配连续的内存,但是还是需要重新将指针重新指向。

struct Frame 
{
    int type;
    int length;
    char *pBuf;
};

/* 第一种:分配两次内存,内存通常不连续 */
struct Frame *ptFrame;

ptFrame = (struct Frame *)malloc(sizeof(struct Frame));
ptFrame->pBuf = (char *)malloc(ptFrame->length);

printf("show: %s", ptFrame->pBuf);

free(ptFrame->pBuf);
free(ptFrame);
ptFrame = NULL;

/* 第二种:分配一次内存,内存连续 */
char *pBuf;
struct Frame *ptFrame;

// 临时用一个char类型指针去管理分配内存,之后可以通过struct Frame指针管理即可
pBuf = (char *)malloc(sizeof(struct Frame) + ptFrame->length);
ptFrame = (struct Frame *)&pBuf[0];
ptFrame->pBuf = (char *)&pBuf[sizeof(struct Frame)];

printf("show: %s", ptFrame->pBuf);

free(ptFrame); // 也可以使用 free(pBuf);
ptFrame = NULL;

当使用长度为0的数组时,则是采用一次分配的原则,一次性将所需的内存全部分配给它。相反,释放时也是一样的。并且使用起来也十分方便,完全按照数组的方式进行访问即可。

/* 连续分配两次内存,内存通常不连续 */
struct Frame 
{
    int type;
    int length;
    char buf[0];
};

struct Frame *ptFrame;

ptFrame = (struct Frame *)malloc(sizeof(struct Frame) + ptFrame->length);

printf("show: %s", ptFrame->buf);

free(ptFrame);
ptFrame = NULL;

相对于上面用指针的方式,使用长度为0的数组更加方便内存缓冲区的管理;除此之外,长度为0的数组并不占有内存空间,而指针方式需要占用内存空间。

对于编译器而言, 数组名仅仅是一个符号, 它不会占用任何空间, 它在结构体中, 只是代表了一个偏移量, 代表一个不可修改的地址常量!

总结

综上,对于长度为0的数组具备以下优势:

方便内存的管理

长度为0的数组并不占有内存空间,而指针方式需要占用内存空间。

对于长度为0的数组的访问可采用数组方式进行

当然,最开始的提到了“在标准C和C++中,长度为0的数组是被禁止使用的”,虽然可以启用“GNU C”进行编译,但是不一定所有编译器都支持“GNU C”,因此,我们可以在此基础上进行变型,合理利用标准C和C++中的数组长度定义规则,完成该方式的实现。

那么你知道如何合理利用规则达到标准C和C++的要求实现柔性数组吗?变型后的柔性数组相对于变型前的柔性数组有什么缺点吗?感兴趣的朋友可以在评论区进行留言…

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