C/C++中内存开辟与柔性数组

news2024/12/23 22:21:52

C/C++中内存的开辟

        在C中,我们都知道有三个区:

       1. 栈区(stack):在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结 束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是 分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返 回地址等。

       2. 堆区(heap)一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。分 配方式类似于链表。

       3.静态区(全局区)(static):存放全局变量、静态数据程序结束后由系统释放

但是其实要更加细分,区域可以分为:

        C/C++程序内存分配的几个区域:

         1. 栈区(stack):在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结 束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是 分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返 回地址等。

         2. 堆区(heap):一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。分 配方式类似于链表。

        3. 数据段(静态区)(static):存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

        4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。

        实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的,栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。

        但是被static修饰的变量存放在数据段(静态区),数据段的特点是在上面创建的变量,直到程序 结束才销毁 所以生命周期变长。

柔性数组:
       

        柔性数组大家可能都没听说过,但是它是真实存在的,前面介绍过结构体的大小应该怎么去计算,这里涉及到大小的计算:

例如:

#include<stdio.h>
typedef struct pc
{
	char a;
	int b;
	int arr[];
}pc;
int main()
{
	printf("%d", sizeof(pc));
	return 0;
}

        这组代码的结果应该是什么?

前面介绍了结构体大小的计算:

        例如:

        

#include<stdio.h>
typedef struct pc
{
	char a;
	int b;
}pc;
int main()
{
	printf("%d", sizeof(pc));
	return 0;
}

他的大小是:

        

大小是8个字节。

这两组代码答案都是8,第一组代码加上了一个大小未知的整型数组,结果和没有加是一样的!!!

此时在结构体中大小未知的数组就被称之为柔性数组!!

        那么柔性数组的大小究竟是多少呢?

柔性数组的特点:


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。

先用图来讲解:

                假设我要开辟20个字节,这20个字节有8个字节是除去数组arr结构体的大小

剩下的12个字节都会留给arr数组,所以arr数组的大小为12个字节!

综上arr数组的大小可以自己改变。

代码如下:
        

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct pc
{
	char a;
	int b;
	int arr[];
}pc;

int main()
{
	pc* ptr = ( pc*)malloc(sizeof(pc) + 12);
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	return 0;
}

当然结构体我们也可以这样写(不用柔性数组):

        

int main()
{
	pc* ptr = (pc*)malloc(sizeof(pc) + 12);
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc1");
		return 1;
	}
	ptr->arr = malloc(12);
	if (ptr->arr == NULL)
	{
		perror("malloc2");
		return 1;
	}
	int* pr = (int*)realloc(ptr->arr, 8);
	if (pr != NULL)
	{
		ptr->arr = pr;;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	free(pr);
	pr = NULL;
	return 0;
}

这个效果和柔性数组的效果是一样的!!

那么柔性数组的好处在哪?

第一个好处是:方便内存释放 如果我们的代码是在一个给别人用的函数中,你在里面做了二次内存分配,并把整个结构体返回给 用户。用户调用free可以释放结构体,但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free,所以你 不能指望用户来发现这个事。所以,如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好 了,并返回给用户一个结构体指针,用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉

第二个好处是:这样有利于访问速度. 连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得也没多高了,反正 你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)

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