C语言中0数组\柔性数组的使用详解

前言：

上次看到一篇面试分享，里面有个朋友说，面试官问了char[0] 相关问题，但是自己没有遇到过，就绕过了这个问题。

我自己在这篇文章下面做了一些回复。

现在我想结合我自己的理解，解释一下这个 char[0] C语言柔性数组的问题。

0数组和柔性数组的介绍

0数组顾名思义，就是数组长度定义为0，我们一般知道数组长度定义至少为1才会给它分配实际的空间，而定义了0的数组是没有任何空间，但是如果像上面的结构体一样在最后一个成员定义为零数组，虽然零数组没有分配的空间，但是它可以当作一个偏移量，因为数组名这个符号本身代表了一个不可修改的地址常量。柔性数组也叫可伸缩性数组，而0数组是一种柔性数组。

因为在早期没引入0长度数组的时候, 大家是通过定长数组和指针的方式来解决的, 但是定长数组定义了一个足够大的缓冲区, 这样使用方便, 但是每次都造成空间的浪费指针的方式, 要求程序员在释放空间是必须进行多次的free操作, 而我们在使用的过程中往往在函数中返回了指向缓冲区的指针, 我们并不能保证每个人都理解并遵从我们的释放方式所以 GNU 就对其进行了0长度数组的扩展. 当使用data[0]的时候, 也就是0长度数组的时候，0长度数组作为数组名, 并不占用存储空间。这样就可以更加高效的利用内存。

在C99之后，也加了类似的扩展，只不过用的是 char payload[]这种形式（所以如果你在编译的时候确实需要用到-pedantic参数，那么你可以将char payload[0]类型改成char payload[], 这样就可以编译通过了，当然你的编译器必须支持C99标准的，如果太古老的编译器，那可能不支持了。

0数组的常规使用

首先我们定义一个结构体，再在一个结构体的最后，定义一个长度为0的数组，就可以使得这个结构体是可变长的。

如下所示：

//  0长度数组
struct zero_buffer
{
    int     len;
    char    data[0];
};

这个时候 data[0] 只是个数组名, 是不占用存储空间的.

这个结构体的大小用sizeof取长度，实际就是它的成员int的长度，data[0]不占用空间。（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!）

sizeof(struct zero_buffer) = sizeof(int)

printf("zero struct length is:%d int length is:%d\n",sizeof(struct zero_buffer),sizeof(int));

zero struct length is:4 int length is:4

对于0长数组的这个特点，很容易构造出我们需要的数据结构，如缓冲区，数据包等等。

结构体定义如上所示

假设我们需要设置一条tcp待发送的数据，长度是15，数据内容是"Hello My Friend"，这样我们就可以按照如下去定义了。其中  zbuffer->data 为定义数据的地址，len表示数据的长度。

开辟空间之后使用

我们使用的时候, 只需要开辟一次空间即可。

#define CURR_LENGTH 15struct zero_buffer  *zbuffer = NULL;//  开辟if ((zbuffer = (struct zero_buffer *)malloc(sizeof(struct zero_buffer) + sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL){    zbuffer->len = CURR_LENGTH;    memcpy(zbuffer->data, "Hello My Friend", CURR_LENGTH);    printf("%d, %s\n", zbuffer->len, zbuffer->data);}

使用完释放空间

释放空间一次释放即可

//  销毁
free(zbuffer);
zero_buffer = NULL;

其他方法实现一些不定长数据的传输

除了0数组之外，还有使用定长数组和指针数组实现柔性数组的功能。

定长数组

定长数组顾名思义，就是在结构体里面有个定长的数组，这个数组大小是按照我们定义数据最大来进行设置的，为了就是防止数据储存的时候溢出。

定义

//  定长缓冲区
#define MAX_LENGTH      512
struct max_buffer
{
    int     len;
    char    data[MAX_LENGTH];
};

不过使用过程中，比如我要发送 512 字节的数据, 如果用定长包, 假设定长包的最大长度 MAX_LENGTH 为 1024, 那么就会浪费 512 个字节的空间, 也会造成不必要的流量浪费。如果数组结构对齐放置（这块知识详细可以看我之前的数据对齐的文章） sizeof(struct max_buffer) = sizeof(int)+ sizieof(char) * MAX_LENGTH

数据包的构造

一般来说, 我们会返回一个指向缓冲区数据结构 max_buffer 的指针.

#define CURR_LENGTH 512struct max_buffer   *mbuffer = NULL;if ((mbuffer = (struct max_buffer *)malloc(sizeof(struct max_buffer))) != NULL){    mbuffer->len = CURR_LENGTH;    memcpy(mbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);    printf("%d, %s\n", mbuffer->len, mbuffer->data);}

作者：良知犹存
链接：https://juejin.cn/post/6960470520831672333
来源：掘金
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前部分 4 个字节 p->len, 作为包头(就是多出来的那部分)，这个包头是用来描述紧接着包头后面的数据部分的长度，这里是 1024, 所以前四个字节赋值为 1024 (既然我们要构造不定长数据包，那么这个包到底有多长呢，因此，我们就必须通过一个变量来表明这个数据包的长度，这就是len的作用)，

而紧接其后的内存是真正的数据部分, 通过 p->data, 最后, 进行一个 memcpy() 内存拷贝, 把要发送的数据填入到这段内存当中

释放空间

当使用完毕释放数据的空间的时候, 直接释放就可以了

free(mbuffer);
mbuffer = NULL;

使用定长数组, 作为数据缓冲区, 为了避免造成缓冲区溢出, 数组的大小一般设为足够的空间 MAX_LENGTH, 而实际使用过程中, 达到 MAX_LENGTH 长度的数据很少, 那么多数情况下, 缓冲区的大部分空间都是浪费掉的.

但是使用过程很简单, 数据空间的开辟和释放简单, 无需程序员考虑额外的操作

指针数组

它和0数组的区别在于，零数组最后一个结构体元素定义一个data[0],而指针数组就是结构体中需要定义一个指针数组，这里面的指针数组不需要特定在结构体的最后一个元素。

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

考虑数组结构对齐（这块知识详细可以看我之前的[数据对齐](https://www.jb51.net/article/211811.htm)的文章）, 那么数据结构的大小 sizeof(point_buffer)= sizeof(int) + (补齐int与char * 类型的长度值)+ sizeof(char * )，在我的64位编译环境中int类型是4byte，char * 类型为8byte，所以补齐的长度为8-4，最终sizeof(point_buffer) 为16byte。

如果结构体加上  _attribute((packed))  数据对齐修饰，则 sizeof(point_buffer)= sizeof(int)  sizeof(char * )，最终计算为12byte。

空间分配使用

#define CURR_LENGTH 1024 struct point_buffer *pbuffer = NULL;if ((pbuffer = (struct point_buffer *)malloc(sizeof(struct point_buffer))) != NULL){   pbuffer->len = CURR_LENGTH;   if ((pbuffer->data = (char *)malloc(sizeof(char) * CURR_LENGTH)) != NULL)   {       memcpy(pbuffer->data, "Hello World", CURR_LENGTH);       printf("%d, %s\n", pbuffer->len, pbuffer->data);   }}

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. 当使用长度为的数组时, 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.

释放

相反, 释放时也是一样的.

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

使用指针结果作为缓冲区, 只多使用了一个指针大小的空间, 无需使用固定长度的数组, 不会造成空间的大量浪费.

但那是开辟空间时, 需要额外开辟数据域的空间, 施放时候也需要显示释放数据域的空间, 但是实际使用过程中, 往往在函数中开辟空间, 然后返回给使用者指向 struct point_buffer 的指针, 这时候我们并不能假定使用者了解我们开辟的细节, 并按照约定的操作释放空间, 因此使用起来多有不便, 甚至造成内存泄漏

小结：

定长数组使用方便, 但是却浪费空间, 指针形式只多使用了一个指针的空间, 不会造成大量空间分浪费, 但是使用起来需要多次分配, 多次释放。所以最优解

0数组的优劣以及注意事项

优点 ：比起在结构体中声明一个指针变量、再进行动态分配的办法，这种方法效率要高。因为在访问数组内容时，不需要间接访问，避免了两次访存。此外，0数组也不会像定长数组会造成一定的内存的浪费。

缺点 ：在结构体中，数组为0的数组必须在最后声明，使用上有一定限制。

总结

到此这篇关于C语言中0数组\柔性数组使用的文章就介绍到这了,更多相关C语言0数组\柔性数组内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！