深入浅出变长结构体

news2024/7/6 18:10:38

1、问题的引出

项目中用到数据包的处理，但包的大小是不固定的，其长度由包头的2字节决定。比如如下的包头：88 0f 0a ob cd ef 23 00 。长度由头2个字节880f决定，考虑字节序，转为0f88，转为10进制3976个字节的包长度。

这个时候存储包的时候，一方面可以考虑设定包的大小固定：如4K=4*1024=4096个字节，因为最大包长不可能超过4k，但该方法的有缺陷，存在一种极端就是包最小仅含包头不含数据域，此时包为8个字节，浪费了4096-8 =4088个字节的存储空间。另一方面考虑有没有一种方法能根据长度进行存储，或者说初始不分配长度，计算出了长度后再分配存储呢。而实际项目中正是通过包头计算出了包的整体大小的。

这就引出了变长结构体的概念。

2、什么叫变长结构体？

如下所示：

struct Var_Len_Struct
{
int nsize;
char buffer[0];
};

那结构体是怎么实现可变长的呢？如上所示，请注意看结构体中的最后一个元素,一个没有元素的数组。我们可以通过动态开辟一个比结构体大的空间，然后让buffer去指向那些额外的空间，这样就可以实现可变长的结构体了。更为巧妙的是，我们甚至可以用nsize存储字符串buffer的长度。

并且，上述的结构体可以扩展，比如笔者项目中遇到的存储数据包，前面可能类似包头的部分（存储类型、长度等信息），而后面buffer则存储数据部分。

同时，需要引起注意的：ISO/IEC 9899-1999里面，这么写是非法的，这个仅仅是GNU C的扩展，gcc可以允许这一语法现象的存在。但最新的C/C++不知道是否可以，我没有测试过。C99允许。

3、变长结构体的好处体现在哪？

可能有的同学会问到，1引出部分如果说定义定长数组浪费空间，定义一个指针不也能指向变长的数据域部分吗？

是的，是可以实现的。那么我们就对比下有什么不同。

结构体1：s_one，用指针指向数据域部分；

结构体2：s_two, 用[0]的数组；

结构体3：s_three, 因为有的编译器不支持[0]，我们用[1]来表示；多了些存储。

#include <stdafx.h>
#include <iostream>
using namespace std;
const int BUF_SIZE = 100;
struct s_one
{
ints_one_cnt;
char*s_one_buf;
};
struct s_two
{
ints_two_cnt;
chars_two_buf[0];
};
struct s_three
{
ints_three_cnt;
chars_three_buf[1];
};
int main()
{
//赋值用
constchar* tmp_buf = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
intntmp_buf_size = strlen(tmp_buf);
//<1>注意s_one 与s_two的大小的不同
cout<< "sizeof(s_one) = " << sizeof(s_one) << endl; //8
cout<< "sizeof(s_two) = " << sizeof(s_two) << endl; //4
cout<< "sizeof(s_three) = " << sizeof(s_three) << endl;//5-->8结构体对齐
cout<< endl;
//为buf分配100个字节大小的空间
intntotal_stwo_len = sizeof(s_two) + (1 + ntmp_buf_size) * sizeof(char);
intntotal_sthree_len = sizeof(s_three) + ntmp_buf_size * sizeof(char);
//给s_one buf赋值
s_one*p_sone = (s_one*)malloc(sizeof(s_one));
memset(p_sone,0, sizeof(s_one));
p_sone->s_one_buf= (char*)malloc(1 + ntmp_buf_size);
memset(p_sone->s_one_buf,0, 1 + ntmp_buf_size);
memcpy(p_sone->s_one_buf,tmp_buf, ntmp_buf_size);
//给s_two buf赋值
s_two*p_stwo = (s_two*)malloc(ntotal_stwo_len);
memset(p_stwo,0, ntotal_stwo_len);
memcpy((char*)(p_stwo->s_two_buf),tmp_buf, ntmp_buf_size); //不用加偏移量，直接拷贝!
//给s_three_buf赋值
s_three*p_sthree = (s_three*)malloc(ntotal_sthree_len);
memset(p_sthree,0, ntotal_sthree_len);
memcpy((char*)(p_sthree->s_three_buf),tmp_buf, ntmp_buf_size);
cout<< "p_sone->s_one_buf = " << p_sone->s_one_buf<< endl;
cout<< "p_stwo->s_two_buf = " << p_stwo->s_two_buf<< endl;
cout<< "p_sthree->s_three_buf = " <<p_sthree->s_three_buf << endl; //不用加偏移量，直接拷贝!
cout<< endl;
//<2>注意s_one 与s_two释放的不同！
if(NULL != p_sone->s_one_buf)
{
free(p_sone->s_one_buf);
p_sone->s_one_buf= NULL;
if(NULL != p_sone)
{
free(p_sone);
p_sone= NULL;
}
cout<< "free(p_sone) successed!" << endl;
}
if(NULL != p_stwo)
{
free(p_stwo);
p_stwo= NULL;
cout<< "free(p_stwo) successed!" << endl;
}
if(NULL != p_sthree)
{
free(p_sthree);
p_sthree= NULL;
cout<< "free(p_sthree) successed!" << endl;
}
return0;
}