跳到主要内容

C 语言柔性数组

介绍​

在C语言中，柔性数组（Flexible Array Member，简称FAM）是一种特殊的数组，它允许在结构体的末尾定义一个长度未定的数组。这种数组的大小可以在运行时动态确定，因此被称为“柔性”数组。柔性数组是C99标准引入的特性，它为处理动态大小的数据结构提供了一种高效的方式。

备注

柔性数组只能作为结构体的最后一个成员出现，并且结构体中至少需要有一个其他成员。

柔性数组的定义​

柔性数组的定义方式如下：

c
struct flex_array {
    int length;
    int data[]; // 柔性数组
};

在上面的代码中，data 是一个柔性数组，它的长度在定义时是未知的。length 是一个普通的整型成员，用于记录数组的实际长度。

柔性数组的使用​

柔性数组的主要用途是在结构体中存储可变长度的数据。由于柔性数组的大小在编译时是未知的，因此我们需要在运行时动态分配内存。

示例：动态分配柔性数组​

以下是一个使用柔性数组的示例，展示了如何动态分配内存并访问柔性数组中的元素：

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

struct flex_array {
    int length;
    int data[];
};

int main() {
    int n = 5; // 假设我们需要一个长度为5的数组
    struct flex_array *arr = malloc(sizeof(struct flex_array) + n * sizeof(int));

    arr->length = n;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr->data[i] = i * 10;
    }

    printf("Array elements:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr->data[i]);
    }

    free(arr);
    return 0;
}

输出：

Array elements:
0 10 20 30 40

在这个示例中，我们首先为结构体分配了足够的内存，以容纳 length 和 data 数组。然后，我们通过 arr->data[i] 访问数组中的元素。

提示

柔性数组的内存分配方式非常高效，因为它只需要一次 malloc 调用，而不需要为数组单独分配内存。

柔性数组的实际应用​

柔性数组在实际编程中有许多应用场景，特别是在需要处理动态大小的数据结构时。以下是一些常见的应用场景：

1. 动态字符串​

柔性数组可以用于存储动态长度的字符串。例如：

c
struct dynamic_string {
    int length;
    char str[];
};

int main() {
    const char *text = "Hello, World!";
    int len = strlen(text);

    struct dynamic_string *str = malloc(sizeof(struct dynamic_string) + len + 1);
    str->length = len;
    strcpy(str->str, text);

    printf("String: %s\n", str->str);

    free(str);
    return 0;
}

输出：

String: Hello, World!

2. 动态数组结构​

柔性数组还可以用于实现动态数组结构，例如动态大小的整数数组或浮点数数组。

c
struct dynamic_int_array {
    int length;
    int elements[];
};

int main() {
    int n = 10;
    struct dynamic_int_array *arr = malloc(sizeof(struct dynamic_int_array) + n * sizeof(int));

    arr->length = n;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr->elements[i] = i * 2;
    }

    printf("Dynamic array elements:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr->elements[i]);
    }

    free(arr);
    return 0;
}

输出：

Dynamic array elements:
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

总结​

柔性数组是C语言中一种强大的特性，它允许我们在结构体中定义动态大小的数组。通过柔性数组，我们可以更高效地处理动态数据结构，减少内存分配的次数，并简化代码逻辑。

警告

需要注意的是，柔性数组只能作为结构体的最后一个成员，并且在使用时必须确保分配足够的内存来容纳数组的实际大小。

附加资源与练习​

练习​

  1. 修改上面的动态字符串示例，使其能够存储并打印一个用户输入的字符串。
  2. 尝试使用柔性数组实现一个动态大小的浮点数数组，并计算数组中所有元素的和。

进一步阅读​

通过本文的学习，你应该已经掌握了C语言中柔性数组的基本概念和使用方法。继续练习和探索，你将能够更熟练地运用这一特性来解决实际问题。