c++柔性数组是什么

1 引言

定长数组包

在平时的开发中，缓冲区数据收发时，如果采用缓冲区定长包，假定大小是 1k，MAX_LENGTH 为 1024。结构体如下：

//  定长缓冲区
struct max_buffer
{
    int   len;
    char  data[MAX_LENGTH];
};

数据结构的大小 >= sizeof(int) + sizeof(char) * MAX_LENGTH为了防止数据溢出的情况，data 的长度一般会设置得足够大，但也正是因为这样，才会导致数组的冗余。

假如发送 512 字节的数据,  就会浪费 512 个字节的空间, 平时通信时，大多数是心跳包，大小远远小于 1024，除了浪费空间还消耗很多流量。

内存申请：

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);
} 

内存释放：

free(m_buffer);
m_buffer = NULL;

指针数据包

为了避免空间上的浪费，我们可以将上面的长度为 MAX_LENGTH 的定长数组换为指针, 每次使用时动态的开辟 CUR_LENGTH 大小的空间。数据包结构体定义：

struct point_buffer
{
    int   len;
    char  *data;
};

数据结构大小 >= sizeof(int) + sizeof(char *)但在内存分配时，需要两步进行:

• 需为结构体分配一块内存空间;
• 为结构体中的成员变量分配内存空间;

内存申请：

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);
    }
} 

内存释放：

free(p_buffer->data);
free(p_buffer);
p_buffer = NULL;

虽然这样能够节约内存，但是两次分配的内存是不连续的, 需要分别对其进行管理，导致的问题就是需要对结构体和数据分别申请和释放内存，这样对于程序员来说无疑是一个灾难，因为这样很容易导致遗忘释放内存造成内存泄露。

有没有更好的方法呢？那就是今天的主题柔性数组。 

2 柔性数组 

什么是柔性数组？

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，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.

柔性数组是 C99 标准引入的特性，所以当你的编译器提示不支持的语法时，请检查你是否开启了 C99 选项或更高的版本支持。

C99 标准的定义如下:

struct test {
    short len;  // 必须至少有一个其它成员
    char arr[]; // 柔性数组必须是结构体最后一个成员（也可是其它类型，如：int、double、...）
};

• 柔性数组成员必须定义在结构体里面且为最后元素；
• 结构体中不能单独只有柔性数组成员；
• 柔性数组不占内存。

在一个结构体的最后，申明一个长度为空的数组，就可以使得这个结构体是可变长的。对于编译器来说，此时长度为 0 的数组并不占用空间，因为数组名本身不占空间，它只是一个偏移量，数组名这个符号本身代表了一个不可修改的地址常量，

但对于这个数组的大小，我们可以进行动态分配,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！

对于柔性数组的这个特点，很容易构造出变成结构体，如缓冲区，数据包等等， 其实柔性数组成员在实现跳跃表时有它特别的用法，在redis的SDS数据结构中和跳跃表的实现上，也使用柔性数组成员。它的主要用途是为了满足需要变长度的结构体，为了解决使用数组时内存的冗余和数组的越界问题。 

柔性数组解决引言的例子

//柔性数组
struct soft_buffer
{
    int   len;
    char  data[0];
}; 

数据结构大小 = sizeof(struct soft_buffer) = sizeof(int)，这样的变长数组常用于网络通信中构造不定长数据包, 不会浪费空间浪费网络流量。

申请内存：

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);
} 

释放内存：

free(softbuffer);
softbuffer = NULL;

对比使用指针和柔性数组会发现，使用柔性数组的优点：

• 由于结构体使用指针地址不连续（两次 malloc），柔性数组地址连续，只需要一次 malloc，同样释放前者需要两次，后者可以一起释放。
• 在数据拷贝时，结构体使用指针时，必须拷贝它指向的内存，内存不连续会存在问题，柔性数组可以直接拷贝。
• 减少内存碎片，由于结构体的柔性数组和结构体成员的地址是连续的，即可一同申请内存，因此更大程度地避免了内存碎片。另外由于该成员本身不占结构体空间，因此，整体而言，比普通的数组成员占用空间要会稍微小点。

缺点：对结构体格式有要求，必要放在最后，不是唯一成员。