深入浅出C语言中的柔性数组

问题引出

在日常的编程中，有时候需要在结构体中存放一个长度动态的字符串，一般的做法，是在结构体中定义一个指针成员，这个指针成员指向该字符串所在的动态内存空间，例如：

typedef struct
{
    WORD usMsgID;
    WORD usMsgLen;
    char *pData;//pData指向字符串
}COMMMON_DEF_STRU

针对这种普通形式的结构体，我们很容易写出如下代码：

COMMMON_DEF_STRU* pCommonStru = (COMMMON_DEF_STRU*)malloc(sizeof(COMMMON_DEF_STRU));
pCommonStru->usMsgID          = 0x1234;
pCommonStru->usMsgLen         = sizeof(szInfo);
//创建字符串存储buffer
pCommonStru->pData            = (char*)malloc(pCommonStru->usMsgLen);

//拷贝字符串到pDatabuffer
memcpy_s(pCommonStru->pData,pCommonStru->usMsgLen,szInfo,pCommonStru->usMsgLen);

//数据操作
printf("print data: %s
",pCommonStru->pData);

//释放字符串所指的内存
SAFE_FREE(pCommonStru->pData);
//释放整个结构体的内存，需要释放两次，而且有先后顺序关系
SAFE_FREE(pCommonStru);

从上面代码可以看出，使用设计我们会进行两次的内存分配和内存释放，释放过程需要注意前后顺序关系，整个过程相对麻烦一点；使用这种方法的结构体设计，容易造成数据（字符串）与结构体本身是分离的，对后续释放造成麻烦。如果把字符串跟结构体直接连在一起，不是更好吗？

解决方案

针对以上问题可以有一个更优的解决方案即，在结构体的尾部放置一个0长度的数组是一个绝妙的解决方案，我们既能直接引用该字符串，又不占用结构体的空间。不过，C/C++标准规定不能定义长度为0的数组，因此，有些编译器就把0长度的数组成员作为自己的非标准扩展。

在讲述柔性数组成员之前，首先要介绍一下不完整类型(incomplete type)。不完整类型是这样一种类型，它缺乏足够的信息例如长度去描述一个完整的对象，它的出现反映了C程序员对精炼代码的极致追求，这种代码结构产生于对动态结构体的需求。

鉴于这种代码结构所产生的重要作用，C99甚至把它收入了标准中。C99使用不完整类型实现柔性数组成员；其定义如下：

柔性数组：在结构体中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这样的数组做柔性数组(flexible array)成员(也叫伸缩性数组成员)。

包含柔性数组的结构体设计：

 typedef struct
 {
    WORD usMsgID;
    WORD usMsgLen;
    char pData[0];//柔性数组
 }FLEXIBLE_DEF_STRU;

有些编译器会报错无法编译可以改成：

 typedef struct
 {
    WORD usMsgID;
    WORD usMsgLen;
    char pData[];//大小可变
 }FLEXIBLE_DEF_STRU;

针对这种包含柔性数组的结构体设计，有以下几点注意事项：

结构体中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
柔性数组必须是结构体的最后一个成员。
柔性数组成员只作为一个符号地址存在，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体的大小，以适应柔性数组的预期大小。
柔性数组成员不仅可以用于字符数组，还可以是元素为其它类型的数组。

通过如下表达式给结构体分配内存：

char szDataInfo[] = "hello world";  
//malloc内存大小为结构体大小+数据大小，包含‘’
FLEXIBLE_DEF_STRU *pTest = (FLEXIBLE_DEF_STRU *)malloc(sizeof(FLEXIBLE_DEF_STRU)+sizeof(szDataInfo));

pData就是一个柔性数组成员，如果把pTest 指向的动态分配内存看作一个整体，pData就是一个长度可以动态变化的结构体成员，指向数据区的首地址，数据区的大小在分配时进行动态申请，柔性一词来源于此。

柔性数组的使用请看下面的例子：

char szInfo[] = "hello world";  
FLEXIBLE_DEF_STRU *pTest = (FLEXIBLE_DEF_STRU *)malloc(sizeof(FLEXIBLE_DEF_STRU)+sizeof(szInfo));
pTest->usMsgID      = 0x1234;
pTest->usMsgLen     = sizeof(szInfo);

//若拷贝的内容是字符串，注意''也需要被拷贝走，
//所以使用sizeof()，不能是strlen（）
memcpy_s(pTest->pData,pTest->usMsgLen,szInfo, sizeof(szInfo));
printf("%s
",pTest->pData);

//只需要释放一次内存
SAFE_FREE(pTest);

对于包含有柔性数组的结构体，我们对内存的申请和释放只需要一次。因为我们的数据区buffer紧随在结构体之后，数据和结构体在同一个内存块中，因此我们只需要释放一次,示意图如下：

这里写图片描述

我们应当尽量使用标准形式，在非C99的场合，可以使用指针方法。需要说明的是：C89不支持这种东西，C99把它作为一种特例加入了标准。但是，C99所支持的是incomplete type，而不是zero array，形同int a[0];这种形式是非法的，C99 支持的形式是形同int a[];只不过有些编译器把int a[0];作为非标准扩展来支持，而且在C99 发布之前已经有了这种非标准扩展了，C99 发布之后，有些编译器把两者合而为一了。

参考资料：
http://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/8973073