C语言柔性数组详解

什么是柔性数组

柔性数组是指在结构体中的一个成员是一个数组，而数组的大小是在运行时动态分配的。在C99标准中，引入了柔性数组的概念，用来处理动态数组的需求。柔性数组成员必须放在结构体最后面，并且数组的大小不能指定。

定义柔性数组

柔性数组的定义需要一个明确的长度，这样做是为了分配内存。由于在定义时无法确定柔性数组的长度，因此柔性数组需要使用一个特殊的符号"[]"来表示。

struct student 
{
    int age;
    char name[20];
    int score[];
};

在上面的结构体中，score就是一个柔性数组，它表示一个学生的成绩。在内存中，score数组紧跟在name字符数组的末尾。

初始化柔性数组

由于结构体中的柔性数组是在运行时分配内存的，因此初始化柔性数组变得比较困难。我们需要手动分配内存，并使用指针来访问数组元素。

struct student *p;
p = malloc(sizeof(struct student) + n * sizeof(int));

上述代码中，我们使用了malloc函数来分配内存，并且分配的内存大小是结构体的大小加上数组部分的大小，即sizeof(struct student) + n * sizeof(int)。

使用柔性数组

使用柔性数组其实就是使用普通数组，唯一的区别在于无法使用sizeof运算符来获取数组的大小。在使用柔性数组时，我们需要手动记录数组的长度。下面是一个示例：

struct student *p;
int n = 10; // 定义学生数量
p = malloc(sizeof(struct student) + n * sizeof(int)); // 分配内存
for(int i = 0; i < n; i++) {
    p->score[i] = i * 10; // 给柔性数组赋值
}
for(int i = 0; i < n; i++) {
    printf("%d ", p->score[i]); // 打印柔性数组元素
}

在上述代码中，我们首先分配了一块内存，大小为sizeof(struct student) + n * sizeof(int)，这样就可以存储n个学生的信息。然后我们使用for循环对柔性数组进行赋值和输出操作。

示例说明

示例1

下面是一个简单的例子，演示了如何使用柔性数组来实现不定长的二维数组。

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

struct matrix
{
    int row;
    int col;
    int data[]; // 柔性数组
};

void mat_print(struct matrix *mat)
{
    int i, j;
    for(i = 0; i < mat->row; i++)
    {
        for(j = 0; j < mat->col; j++)
        {
            printf("%d ", mat->data[i * mat->col + j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main()
{
    int n, m, i, j;
    scanf("%d %d", &n, &m);
    struct matrix *mat = malloc(sizeof(struct matrix) + n * m * sizeof(int));
    mat->row = n;
    mat->col = m;
    for(i = 0; i < n; i++)
    {
        for(j = 0; j < m; j++)
        {
            mat->data[i * m + j] = i + j;
        }
    }
    mat_print(mat);
    free(mat);
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个结构体matrix，其中包含row、col两个成员和一个柔性数组data。在main函数中，我们首先读入二维数组的行和列，然后使用malloc函数分配了一个大小为sizeof(struct matrix)+nmsizeof(int)的内存块。我们使用for循环对柔性数组进行初始化，并使用函数mat_print打印输出了整个二维数组。在程序结束时我们还需要使用free函数释放掉申请的内存。

示例2

下面是另一个简单的例子，演示了如何使用柔性数组来实现一个动态队列。

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

struct queue
{
    int head;
    int tail;
    int data[];
};

int main()
{
    int n, i, x;
    char op[10];
    struct queue *q = malloc(sizeof(struct queue) + n * sizeof(int));
    q->head = 0;
    q->tail = 0;
    while(scanf("%s", op) != EOF) // 循环读入操作
    {
        if(op[0] == 'p') // push操作
        {
            scanf("%d", &x);
            q->data[q->tail++] = x;
        }
        else if(op[0] == 'p') // pop操作
        {
            if(q->head < q->tail) printf("%d\n", q->data[q->head++]);
        }
    }
    free(q);
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个结构体queue，其中包含head、tail以及柔性数组data三个成员。我们使用malloc函数分配了一个大小为sizeof(struct queue)+n*sizeof(int)的内存块。在循环中，我们读入操作，并分别处理push和pop操作。push操作将元素插入队列的尾部，pop操作从队列的头部取出一个元素并输出。在程序结束时我们还需要使用free函数释放掉申请的内存。