柔性数组(Redis源码学习)
1. 问题背景
在阅读Redis源码中的字符串有如下结构,在sizeof(struct sdshdr)得到结果为8，在后续内存申请和计算中也用到。其实在工作中有遇到过这种 struct结构 + 应用数据的情况，但没有意识到自己使用的是柔性数组，在学习阅读Redis代码中，遇到该方法，就特总结记录之。
/* * 类型别名，用于指向 sdshdr 的 buf 属性 */
typedef char * sds;
/* * 保存字符串对象的结构 */
struct sdshdr {
// buf 中已占用空间的长度
int len;
// buf 中剩余可用空间的长度
int free;
// 数据空间
char buf[];
};
2. 柔性数组
柔性数组(flexible array member)也叫伸缩性数组成员，这种结构产生与对动态结构体的去求。在日常编程中，有时需要在结构体中存放一个长度是动态的字符串(也可能是其他数据类型)。
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。在通常情况下，如果想要高效的利用内存，那么在结构体内部定义静态的数组是非常浪费的行为。其实柔性数组的想法和动态数组的想法是一样的。
柔性数组用来在结构体中存放一个长度动态的字符串。
本文基于redis 的sds.c源码，进行简单编码验证测试，其实这种柔性数组，在工作中用到过，但是没有意识到这是柔性数组。
上述struct sdshdr结构中，要注意：最后一个变量 buf 数组中，没有长度，这和自己遇到的正常的使用方式不一样，新的知识点
这种用法是C语言中的柔性数组，上面 的sizeof(sdshdr )结果是8，即后面的buf不占空间，只是一个符号，测试上面sdshdr结果如下：
int main(int argc,char **argv){
struct sdshdr t;
printf("int len:%d\n",sizeof(int));
printf("sdshdr len:%d\n",sizeof(struct sdshdr));
printf("Address:\n");
printf("t\t %p\n", &t);
printf("t.len\t %p\n", &(t.len));
printf("t.free\t %p\n", &(t.free));
printf("t.buf\t %p\n", &(t.buf));
return 0;
}
RHEL6.9上执行上面代码块得到结果如下：
$ ./sdshdr
int len:4
sdshdr len:8
Address:
t 0x7fff9572fa50
t.len 0x7fff9572fa50
t.free 0x7fff9572fa54
t.buf 0x7fff9572fa58
可以看到 t.buf 是该结构的最后的地址，是最后一个点，简单图示如下：
如果后续再malloc相关的内存，则就会在t.buf后面连续,简单编写代码进行验证。要加入对应的sds.h文件，或者直接将结构定义在main函数之前。
int main(int argc,char **argv){
struct sdshdr t;
printf("int len:%d\n",sizeof(int));
printf("sdshdr len:%d\n",sizeof(struct sdshdr));
printf("Address:\n");
printf("t\t %p\n", &t);
printf("t.len\t %p\n", &(t.len));
printf("t.free\t %p\n", &(t.free));
printf("t.buf\t %p\n", &(t.buf));
printf("sizeof(char):\t %d\n", sizeof(char));
struct sdshdr *p=(struct sdshdr*)malloc(sizeof(struct sdshdr) + sizeof(char)*8);
printf("After malloc the struct's size is %d\n",sizeof(struct sdshdr));
printf("Address:\n");
printf("p\t %p\n", p);
printf("p->len\t %p\n", &(p->len));
printf("p->free\t %p\n", &(p->free));
printf("p->buf\t %p,sizeof(p):%d\n", &(p->buf),sizeof(p));
memset(p,0,sizeof(struct sdshdr) + sizeof(char)*8);
char *str="Hello";
memcpy(p->buf,str,strlen(str));
printf("p->buf:%s\n",p->buf);
char *str1="HelloWorldttttttt";
memcpy(p->buf,str1,sizeof(char)*8-1);
printf("p->buf:%s\n",p->buf);
printf("strlen(p->buf):%d\n",strlen(p->buf));
return 0;
}
上述代码进行编译，获得可执行文件，执行结果如下：
$ ./sdshdr
int len:4
sdshdr len:8
Address:
t 0x7ffea0a8c420
t.len 0x7ffea0a8c420
t.free 0x7ffea0a8c424
t.buf 0x7ffea0a8c428
sizeof(char): 1
After malloc the struct's size is 8
Address:
p 0x1bc3010
p->len 0x1bc3010
p->free 0x1bc3014
p->buf 0x1bc3018,sizeof(p):8
p->buf:Hello
p->buf:HelloWo
strlen(p->buf):7
$
## 3. 使用方法
从C99开始便支持了不完整类型实现柔性数组成员。为什么使用不完整类型呢？
```C language
int a[] = {10};
看到这个声明语句，我们发现a[]其实就是个数组记号，不完整类型，由于赋值语句，所以在编译时便确定了数组的大小，是一个完整的数组类型。
在结构体中便利用不完整类型在运行对动态的数组进行指明。
C99标准的定义如下:
struct Test{
int a;
char p[]; // 不只是char类型，其他类型同样也是可以
}
由于声明内存连续性的关系，柔性数组成员必须定义在结构体的最后一个，并且不能是唯一的成员。
我们再来看一看整个结构体(包含数组内存的分布情况),进行简单编码验证。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct Test
{
int a;
char p[];
} Test;
int main()
{
Test *t=(Test*)malloc(sizeof(Test)+sizeof(char)*(10+1));
printf("sizeof(int):%d,sizeof(Test):%d\n",sizeof(int),sizeof(Test));
strcpy(t->p,"hello");
printf("t->p:%s\n", (t->p));
printf("Address:\n");
printf("t\t %p\n", t);
printf("t.a\t %p\n", &(t->a));
printf("t.p\t %p\n", (t->p));
free(t); //只需要释放一次内存
return 0;
}
在linux上的执行结果如下：
$ ./sdshdr
sizeof(int):4,sizeof(Test):4
t->p:hello
Address:
t 0x7e0010
t.a 0x7e0010
t.p 0x7e0014
4. 小结
- 在结构体中存放一个长度是动态数据类型时，可以考虑到柔性数组。
- 一般做法，是在结构体中定义一个指针成员，这个指针成员指向所在的动态内存空间。
- 该指针成员，不占结构体空间，只是一个符号。
- 柔性数组成员必须定义在结构体的最后一个，并且不能是唯一的成员。
5. 参考文献
https://www.cnblogs.com/davygeek/p/5748852.html
https://blog.csdn.net/qq_40477151/article/details/78905567
https://www.cnblogs.com/pluviophile/p/7571410.html
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