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柔性数组(变长数组)介绍

article 2025/2/28 21:29:53

柔性数组简介

柔性数组，或称为可变长度数组，是一种在C语言结构体定义中使用的特殊数组，它允许结构体拥有一个可变大小的数组成员。柔性数组成员必须是结构体的最后一个成员，且它不占用结构体大小的计算，这使得可以动态地分配超出结构体声明大小的内存，从而容纳变长的数据。

优点

动态内存管理：使用柔性数组可以根据需要动态地分配更多的内存，这在处理不确定大小的数据时非常有用。
内存连续性：柔性数组的数据存储在单一连续的内存块中，这有利于提高内存访问效率。
简化指针操作：通过减少额外的指针或分配，柔性数组可以简化代码和降低出错率。

如何使用柔性数组

要在C语言中使用柔性数组，你需要在结构体定义中将最后一个元素声明为未指定大小的数组。这里是一个典型的使用示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    int length;
    double data[]; // 柔性数组成员
} FlexibleArray;

int main() {
    int desiredLength = 5;
    // 分配内存时，包括结构体基础大小和数组所需的额外空间
    FlexibleArray *array = (FlexibleArray *)malloc(sizeof(FlexibleArray) + sizeof(double) * desiredLength);
    array->length = desiredLength;
    for (int i = 0; i < array->length; i++) {
        array->data[i] = i * 2.0;
    }
    for (int i = 0; i < array->length; i++) {
        printf("Element %d = %f\n", i, array->data[i]);
    }
    free(array);
    return 0;
}

注意事项

柔性数组成员不占用结构体大小的计算。
只有位于结构体最后一个成员位置的数组可以被声明为柔性数组。
分配含有柔性数组的结构体时，需要手动计算额外内存的需求。
使用完毕后，需要手动释放内存以避免内存泄露。

在网络通信中使用柔性数组

消息结构

// message.h
#ifndef MESSAGE_H
#define MESSAGE_H

#include <stdint.h>

typedef struct {
    uint32_t length; // 消息长度
    char data[0];    // 数据部分
} message_t;

#endif

服务端

// server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include "message.h"


int main(int argc, char *argv[]) {
    int sockfd, newsockfd, portno;
    socklen_t clilen;
    char buffer[256];
    struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
    int n;

    if (argc < 2) {
        fprintf(stderr, "ERROR, no port provided\n");
        exit(1);
    }

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) printf("ERROR opening socket\n");
    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    portno = atoi(argv[1]);
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(portno);

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) 
        printf("ERROR on binding\n");
    
    listen(sockfd, 5);
    clilen = sizeof(cli_addr);
    newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
    if (newsockfd < 0) printf("ERROR on accept\n");
    
    uint32_t msg_length;
    n = read(newsockfd, &msg_length, sizeof(msg_length));
    if (n < 0) printf("ERROR reading from socket\n");
    msg_length = ntohl(msg_length); // 确保网络字节序转换为主机字节序

    message_t *msg = (message_t*)malloc(sizeof(message_t) + msg_length - 1); // 分配额外的空间
    n = read(newsockfd, msg->data, msg_length);
    if (n < 0) printf("ERROR reading from socket\n");

    printf("Here is the message: %s\n", msg->data);
    close(newsockfd);
    close(sockfd);
    return 0; 
}

客户端

// client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h> 
#include "message.h"
int main(int argc, char *argv[]) {
    int sockfd, portno, n;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct hostent *server;

    char buffer[256];
    if (argc < 3) {
       fprintf(stderr,"usage %s hostname port\n", argv[0]);
       exit(0);
    }
    portno = atoi(argv[2]);
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) 
        printf("ERROR opening socket\n");
    server = gethostbyname(argv[1]);
    if (server == NULL) {
        fprintf(stderr,"ERROR, no such host\n");
        exit(0);
    }

    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    bcopy((char *)server->h_addr, 
         (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr,
         server->h_length);
    serv_addr.sin_port = htons(portno);

    if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0) 
        printf("ERROR connecting\n");

    printf("Please enter the message: ");
    bzero(buffer,256);
    fgets(buffer,255,stdin);
    uint32_t msg_length = strlen(buffer);

    // 发送消息长度
    uint32_t n_msg_length = htonl(msg_length); // 转换为网络字节序
    write(sockfd, &n_msg_length, sizeof(n_msg_length));

    // 发送消息数据
    n = write(sockfd, buffer, msg_length);
    if (n < 0) 
         printf("ERROR writing to socket\n");

    close(sockfd);
    return 0;
}