1 引言

定長數組包

在平時的開發中，緩沖區數據收發時，如果采用緩沖區定長包，假定大小是 1k，MAX_LENGTH 為 1024。結構體如下：

//  定長緩沖區
struct max_buffer
{
    int   len;
    char  data[MAX_LENGTH];
};

數據結構的大小 >= sizeof(int) + sizeof(char) * MAX_LENGTH為了防止數據溢出的情況，data 的長度一般會設置得足夠大，但也正是因為這樣，才會導致數組的冗余。

假如發送 512 字節的數據,  就會浪費 512 個字節的空間, 平時通信時，大多數是心跳包，大小遠遠小于 1024，除了浪費空間還消耗很多流量。

內存申請：

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);
} 

內存釋放：

free(m_buffer);
m_buffer = NULL;

指針數據包

為了避免空間上的浪費，我們可以將上面的長度為 MAX_LENGTH 的定長數組換為指針, 每次使用時動態的開辟 CUR_LENGTH 大小的空間。數據包結構體定義：

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

數據結構大小 >= sizeof(int) + sizeof(char *)但在內存分配時，需要兩步進行:

• 需為結構體分配一塊內存空間;
• 為結構體中的成員變量分配內存空間;

內存申請：

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);
    }
} 

內存釋放：

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

雖然這樣能夠節約內存，但是兩次分配的內存是不連續的, 需要分別對其進行管理，導致的問題就是需要對結構體和數據分別申請和釋放內存，這樣對于程序員來說無疑是一個災難，因為這樣很容易導致遺忘釋放內存造成內存泄露。

有沒有更好的方法呢？那就是今天的主題柔性數組。 

2 柔性數組 

什么是柔性數組？

柔性數組成員（flexible array member）也叫伸縮性數組成員，這種代碼結構產生于對動態結構體的需求。在日常的編程中，有時候需要在結構體中存放一個長度動態的字符串，鑒于這種代碼結構所產生的重要作用，C99 甚至把它收入了標準中：

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.

柔性數組是 C99 標準引入的特性，所以當你的編譯器提示不支持的語法時，請檢查你是否開啟了 C99 選項或更高的版本支持。

C99 標準的定義如下:

struct test {
    short len;  // 必須至少有一個其它成員
    char arr[]; // 柔性數組必須是結構體最后一個成員（也可是其它類型，如：int、double、...）
};

• 柔性數組成員必須定義在結構體里面且為最后元素；
• 結構體中不能單獨只有柔性數組成員；
• 柔性數組不占內存。

在一個結構體的最后，申明一個長度為空的數組，就可以使得這個結構體是可變長的。對于編譯器來說，此時長度為 0 的數組并不占用空間，因為數組名本身不占空間，它只是一個偏移量，數組名這個符號本身代表了一個不可修改的地址常量，

但對于這個數組的大小，我們可以進行動態分配,對于編譯器而言，數組名僅僅是一個符號，它不會占用任何空間，它在結構體中，只是代表了一個偏移量，代表一個不可修改的地址常量！

對于柔性數組的這個特點，很容易構造出變成結構體，如緩沖區，數據包等等， 其實柔性數組成員在實現跳躍表時有它特別的用法，在Redis的SDS數據結構中和跳躍表的實現上，也使用柔性數組成員。它的主要用途是為了滿足需要變長度的結構體，為了解決使用數組時內存的冗余和數組的越界問題。 

柔性數組解決引言的例子

//柔性數組
struct soft_buffer
{
    int   len;
    char  data[0];
}; 

數據結構大小 = sizeof(struct soft_buffer) = sizeof(int)，這樣的變長數組常用于網絡通信中構造不定長數據包, 不會浪費空間浪費網絡流量。

申請內存：

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);
} 

釋放內存：

free(softbuffer);
softbuffer = NULL;

對比使用指針和柔性數組會發現，使用柔性數組的優點：

• 由于結構體使用指針地址不連續（兩次 malloc），柔性數組地址連續，只需要一次 malloc，同樣釋放前者需要兩次，后者可以一起釋放。
• 在數據拷貝時，結構體使用指針時，必須拷貝它指向的內存，內存不連續會存在問題，柔性數組可以直接拷貝。
• 減少內存碎片，由于結構體的柔性數組和結構體成員的地址是連續的，即可一同申請內存，因此更大程度地避免了內存碎片。另外由于該成員本身不占結構體空間，因此，整體而言，比普通的數組成員占用空間要會稍微小點。

缺點：對結構體格式有要求，必要放在最后，不是唯一成員。