C语言柔性数组实例详解

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

本文实例分析了C语言柔性数组的概念及用法，对于进一步学习C程序设计有一定的借鉴价值。分享给大家供大家参考。具体如下：

一般来说，结构中最后一个元素允许是未知大小的数组，这个数组就是柔性数组。但结构中的柔性数组前面必须至少一个其他成员,柔性数组成员允许结构中包含一个大小可变的数组，sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。包含柔数组成员的结构用malloc函数进行内存的动态分配,且分配的内存应该大于结构的大小以适应柔性数组的预期大小。柔性数组到底如何使用？

不完整类型

C和C++对于不完整类型的定义是一样的，不完整类型是这样一种类型，它缺乏足够的信息例如长度去描述一个完整的对象。

不完整类型举例：

前向声明就是一种常用的不完整类型

struct test; //test 只给出了声明，没有给出定义

不完整数据类型必须通过某种方式补充完整，才能使它们进行实例化。否则只能用于定义指针或引用，因为此时实例化的是指针或引用本身，不是base和test对象

一个未知长度的数组也属于不完整类型：

extern int a[];

extern 关键字不能去掉，因为数组的长度未知，不能作为定义出现。不完整类型的数组需要补充完整才能使用。不完整类型的数组可以通过几种方式补充完整，大括号形式的初始化就是其中的一种方式：

int a[] = { 10,20 };

结构体

首先，我们需要知道——所谓变量，其实是内存地址的一个抽像名字罢了。在静态编译的程序中，所有的变量名都会在编译时被转成内存地址。机器是不知道我们取的名字的，只知道地址。

所以有了——栈内存区，堆内存区，静态内存区，常量内存区，我们代码中的所有变量都会被编译器预先放到这些内存区中。

有了上面这个基础，我们来看一下结构体中的成员的地址是什么？我们先简单化一下代码：

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

上面代码中，test结构中i和p指针，在C的编译器中保存的是相对地址——也就是说，他们的地址是相对于struct test的实例的。如果我们有这样的代码：

struct test t;

下面做个实验：

#include<stdio.h>
struct test{
  int i;
  char *p;
};
int main(void)
{
  struct test t;
  printf("%p\n", &t);
  printf("%p\n", &(t.i));
  printf("%p\n", &(t.p));
  return 0;
}

运行结果:

我们可以看到，t.i的地址和t的地址是一样的，t.p的址址相对于t的地址多了个8。说白了，t.i 其实就是(&t + 0×0), t.p 的其实就是 (&t + 0×8)。0×0和0×8这个偏移地址就是成员i和p在编译时就被编译器给hard code了的地址。于是，你就知道，不管结构体的实例是什么——访问其成员其实就是加成员的偏移量。

下面再来做个实验：

#include<stdio.h>
struct test{
  int i;
  short c;
  char *p;
};
int main(void)
{
  struct test *pt=NULL;
  printf("%p\n", &(pt->i));
  printf("%p\n", &(pt->c));
  printf("%p\n", &(pt->p));
  return 0;
}

运行结果:

注意：上面的pt->p的偏移之所以是0×8而不是0×6，是因为内存对齐了（我在64位系统上）。关于内存对齐，具体可以参看本站C语言内存对齐实例详解一文。

柔性数组

柔性数组成员（flexible array member）也叫伸缩性数组成员，这种代码结构产生于对动态结构体的需求。在日常的编程中，有时候需要在结构体中存放一个长度动态的字符串，一般的做法，是在结构体中定义一个指针成员，这个指针成员指向该字符串所在的动态内存空间，例如：

struct s_test
{
  int a;
  double b;
  char* p;
};

p指向字符串，这种方法造成字符串与结构体是分离的，不利于操作。把字符串和结构体连在一起的话，效果会更好，可以修改如下：

char a[] = "Hello world";
struct s_test *ptest = (struct s_test*)malloc(sizeof(s_test)+streln(a)+1);
strcpy(ptest+1,a);

这样一来，(char*)(ptestt + 1)就是字符串“hello world”的地址。这时候p成了多余的东西，可以去掉。但是，又产生了另外一个问题：老是使用(char*)(ptestt + 1)不方便。如果能够找出一种方法，既能直接引用该字符串，又不占用结构体的空间，就完美了，符合这种条件的代码结构应该是一个非对象的符号地址，在结构体的尾部放置一个0长度的数组是一个绝妙的解决方案。不过，C/C++标准规定不能定义长度为0的数组，因此，有些编译器就把0长度的数组成员作为自己的非标准扩展，例如：

struct s_test2
{
  int a;
  double b;
  char c[0];
};

c就叫柔性数组成员，如果把ptest指向的动态分配内存看作一个整体，c就是一个长度可以动态变化的结构体成员，柔性一词来源于此。c的长度为0，因此它不占用test的空间，同时ptest->c就是“hello world”的首地址，不需要再使用(char*)(ptestt + 1)这么丑陋的语法了。

鉴于这种代码结构所产生的重要作用，C99甚至把它收入了标准中：

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.

C99使用不完整类型实现柔性数组成员，标准形式是这样的：

struct s_test
{
 int a;
 double b;
 char c[];
};

c同样不占用test的空间，只作为一个符号地址存在，而且必须是结构体的最后一个成员。柔性数组成员不仅可以用于字符数组，还可以是元素为其它类型的数组，例如：

struct s_test
{
  int a;
  double b;
  float[];
};

首先，我们要知道，0长度的数组在ISO C和C++的规格说明书中是不允许的。这也就是为什么在VC++2012下编译你会得到一个警告：“arning C4200: 使用了非标准扩展 : 结构/联合中的零大小数组”。

那么为什么gcc可以通过而连一个警告都没有？那是因为gcc 为了预先支持C99的这种玩法，所以，让“零长度数组”这种玩法合法了。关于GCC对于这个事的文档在这里：“Arrays of Length Zero”，文档中给了一个例子，完整代码如下：

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct line {
  int length;
  char contents[0]; // C99的玩法是：char contents[]; 没有指定数组长度
};
int main(){
  int this_length=10;
  struct line *thisline = (struct line *)
           malloc (sizeof (struct line) + this_length);
  thisline->length = this_length;
  memset(thisline->contents, 'a', this_length);
  return 0;
}

上面这段代码的意思是：我想分配一个不定长的数组，于是我有一个结构体，其中有两个成员，一个是length，代表数组的长度，一个是contents，代码数组的内容。后面代码里的 this_length（长度是10）代表是想分配的数据的长度。

相信本文所述对大家C程序设计的学习有一定的借鉴价值。

以上是 C语言柔性数组实例详解 的全部内容， 来源链接： utcz.com/z/315587.html

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