柔性数组和C语言内存划分

1. 柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array)这个概念，但是它确实是存在的。

C99 中，结构中的最后⼀个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

例如：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

有些编译器会报错⽆法编译可以改成：

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[];//柔性数组成员
}type_a;

1.1 柔性数组的特点：

• 结构中的柔性数组成员前面必须至少⼀个其他成员。
• sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
• 包含柔性数组成员的结构⽤malloc ()函数进行内存的动态分配，并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。

#include 
struct St
{
	int n;
	int arr[0];
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct St));
	return 0;
}

运行结果如图:

1.2 柔性数组的使用

#include 
#include 
struct St
{
	char c;
	int n;
	int arr[0];
};

int main()
{
	struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	ps->c = 'w';
	ps->n = 100;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	//数组空间不够
	struct St* ptr = (struct St*)realloc(ps, sizeof(struct St) + 15 * sizeof(int));
	if (ptr != NULL)
	{
		ps = ptr;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	//...继续使用
	for (i = 10; i < 15; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 15; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
	printf("%d\n", ps->n);
	printf("%c\n", ps->c);
	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

运行结果如图:

1.3 柔性数组的优势

我们也可以模拟实现柔性数组的效果,代码如下:

#include 
#include 
typedef struct St
{
	char c;
	int n;
	int* arr;
}st;
int main()
{
	st* ps = (st*)malloc(sizeof(st));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	ps->c = 'w';
	ps->n = 100;
	ps->arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	//扩容
	int* tmp = (int*)realloc(ps->arr, 15 * sizeof(int));
	if (tmp != NULL)
	{
		ps->arr = tmp;
		tmp = NULL;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	//使用
	for (i = 10; i < 15; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 15; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
	printf("%d\n", ps->n);
	printf("%c", ps->c);
	//释放
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

运行结果如图:

上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 方法1 的实现有两个好处：

第一个好处是：方便内存释放
如果我们的代码是在⼀个给别⼈⽤的函数中，你在里面做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了，并返回给用户⼀个结构体指针，用户做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第二个好处是：这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提⾼访问速度，也有益于减少内存碎片。

2. 总结C/C++中程序内存区域划分

C/C++程序内存分配的几个区域：

1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2. 堆区（heap）：⼀般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。
3. 数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。