【C语言必学知识点七】什么？还有人不知道什么是柔性数组？还不速来！！！

动态内存管理——详细解读柔性数组

导读
一、什么是柔性数组
二、柔性数组的特点
三、柔性数组的使用
四、柔性数组的优势
结语

导读

大家好，很高兴又和大家见面啦！！！

在上一篇内容中我们介绍了C/C++程序中的内存分区，在C/C++程序中内存从高地址到低地址的分区依次为：

内核空间：存储内核代码，内核代码不能进行读/写操作
栈区：存储函数体内创建的对象，如变量、函数返回值、数组、指针等，空间从高地址向低地址增长；
内存映射段：存储文件映射、动态库、匿名映射等数据
堆区：由动态函数进行管理的空间，空间从低地址向高地址增长
数据段：存储全局数据、静态数据
代码段：存储可执行代码、只读常量等数据

正因为动态函数管理的内存空间与指针所在的空间不是同一个空间，因此 free 函数不能够释放与指针所在空间相同的内存空间，即指针指向的栈区空间，如数组空间。

malloc函数在进行空间申请时，会执行三步操作：

在堆区空间中查找空间
判断空间是否可用
判断空间大小是否为指定大小

因此free函数在进行空间释放时，在确认该空间是否为有效空间时，同样是进行的这三部判断：

空间地址是否在堆区
空间是否被使用
空间大小是否为指定大小

而我们在使用动态函数时，如果不注意对应函数的使用规则，就会导致一系列的问题：

空间申请失败时，对空指针进行解引用操作
- 解决方案：在完成空间申请后，及时对接收返回值的指针进行判空操作
使用空间时，对已开辟好的空间进行越界访问
- 解决方案：对开辟好的空间进行访问时，边界不能够超过申请的空间大小
使用空间后，未及时释放堆区空间导致内存泄漏
- 解决方案：
  - 进行扩容时，通过临时指针接收扩容后的空间地址，并对其进行及时的判空操作
  - 函数返回时，检查不再使用的堆区空间是否被释放
释放空间时，指针指向的空间不是堆区的空间
- 解决方案：在进行空间释放前，检查指针名是否有误，指针指向的空间是否为堆区空间
释放空间时，指针指向的地址不是该空间的起始地址
- 解决方案：在进行空间访问时，不要改变指向空间起始地址的指针
释放空间时，对同一块空间进行多次释放
- 解决方案：
  - 空间申请时，确保calloc/malloc与free是一一对应的关系：
  - 空间扩容后，及时的改变原指针的指向，确保指针指向的是扩容好的内存空间地址

为了避免这些问题的出现，所以我们需要在使用动态函数前，先了解一个各个函数的用法，避免对函数使用不当而导致出现上述错误。

经过前面的内容学习，形象大家都对动态内存管理有了一个基础的认知，接下来我们就看来看一下动态内存管理的一种实际的应用——柔性数组。

一、什么是柔性数组

柔性数组（flexible array），相信大部分朋友都和我一样，在这之前完全没有听说过，甚至连使用都很少，但是，它是确实存在的一个概念。

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。

typedef struct SoftArr {int* pa;//整型指针int pb[0];//柔性数组
}SfA;

上面展示的就是一种柔性数组的例子，对于有些编译器而言，上述的这种编译方式是编译器会报错，因此我们也可以将其改写为：

typedef struct SoftArr {int* pa;//整型指针int pb[];//柔性数组
}SfA;

柔性数组只存在于结构体中，但是它本身的数组大小为0，即不占内存空间，如下所示：

柔性数组的具体大小会在在结构体变量创建时，通过malloc来进行分配，因此，我们可以将其看做是一个大小可以改变的数组。

二、柔性数组的特点

柔性数组存在以下特点：

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

我们应该如何来理解这些特点呢？

首先我们要知道，结构体是一些值的集合，这些值可以是不同的数据类型，它们被称为结构体成员。

在包含柔性数组的结构体中，成员数量至少是有2个，如上例所示的整型指针与柔性数组，而且柔性数组的位置一定是结构体中的最后一个成员。

结构体在进行内存分配时，根据内存对齐的规则，每个成员都会分配到特定的位置，但是柔性数组的大小未知的，如果我们将放在了其它成员的中间，那么位于柔性数组之后的成员要被分配的位置就不可预测了，因此我们需要将大小确定的成员优先放入内存中，这样柔性数组的大小就可以随着实际的情况来进行确定。

其次正因为柔性数组的大小是不确定的，我们就可以认为柔性数组的初始大小为0，这样当我们通过sizeof来计算结构体大小时，会将柔性数组的大小认定为0，即sizeof计算的只是柔性数组之前的所有成员组成的结构体的总大小，并不包括柔性数组的大小；

最后包含柔性数组的结构体，在创建变量时，只能够创建对应类型的指针变量，该指针指向的空间，是可以改变的堆区空间，即通过malloc、calloc或者realloc申请的空间。

对柔性数组的特点有了一个初步的理解后，接下来我们就来看一下我们应该如何使用柔性数组；

三、柔性数组的使用

使用柔性数组时，实际上就是创建一个该结构类型的指针变量，并在堆区申请空间，如下所示：

typedef struct SoftArr {int* pa;//整型指针int pb[0];//柔性数组
}SfA;//柔性数组
void test1() {printf("sizeof(SfA) = %d\n", sizeof(SfA));SfA* p = (SfA*)calloc(sizeof(SfA) + 5 * sizeof(int), 1);assert(p);printf("p->pa = %p\n", p->pa);for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("p->pb[%d] = %d\n", i, p->pb[i]);}free(p);
}

这里我们要注意的是我们在申请空间时，sizeof(SfA) 表示的是柔性数组之前的成员需要分配的空间大小，之后的5 * sizeof(int)才是为柔性数组分配的空间大小。因此我们在申请空间时，是按字节进行申请的，而不是元素所占空间的大小，所以，使用malloc的话会更加容易理解一点，如果和我一样使用calloc，那就需要注意第二个参数的大小为1。

下面我们就来运行一下，如下所示：

柔性数组2
可以看到，此时我们成功的为该结构体申请了空间，并对结构体中的成员进行了访问。当然，我们还可以通过realloc来为柔性数组进行扩容，如下所示：