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深入淺出變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體

2014.04.14

深入淺出變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體

1、問題的引出

項(xiàng)目中用到數(shù)據(jù)包的處理，但包的大小是不固定的，其長(zhǎng)度由包頭的2字節(jié)決定。比如如下的包頭：88 0f 0a ob cd ef 23 00 。長(zhǎng)度由頭2個(gè)字節(jié)880f決定，考慮字節(jié)序，轉(zhuǎn)為0f88，轉(zhuǎn)為10進(jìn)制3976個(gè)字節(jié)的包長(zhǎng)度。

這個(gè)時(shí)候存儲(chǔ)包的時(shí)候，一方面可以考慮設(shè)定包的大小固定：如4K=4*1024=4096個(gè)字節(jié)，因?yàn)樽畲蟀L(zhǎng)不可能超過4k，但該方法的有缺陷，存在一種極端就是包最小僅含包頭不含數(shù)據(jù)域，此時(shí)包為8個(gè)字節(jié)，浪費(fèi)了4096-8 =4088個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間。另一方面考慮有沒有一種方法能根據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行存儲(chǔ)，或者說初始不分配長(zhǎng)度，計(jì)算出了長(zhǎng)度后再分配存儲(chǔ)呢。而實(shí)際項(xiàng)目中正是通過包頭計(jì)算出了包的整體大小的。

這就引出了變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體的概念。

2、什么叫變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體？

如下所示：

[cpp] view plain copy

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

那結(jié)構(gòu)體是怎么實(shí)現(xiàn)可變長(zhǎng)的呢？如上所示，請(qǐng)注意看結(jié)構(gòu)體中的最后一個(gè)元素,一個(gè)沒有元素的數(shù)組。我們可以通過動(dòng)態(tài)開辟一個(gè)比結(jié)構(gòu)體大的空間，然后讓buffer去指向那些額外的空間，這樣就可以實(shí)現(xiàn)可變長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)體了。更為巧妙的是，我們甚至可以用nsize存儲(chǔ)字符串buffer的長(zhǎng)度。

并且，上述的結(jié)構(gòu)體可以擴(kuò)展，比如筆者項(xiàng)目中遇到的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包，前面可能類似包頭的部分（存儲(chǔ)類型、長(zhǎng)度等信息），而后面buffer則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)部分。

同時(shí)，需要引起注意的：ISO/IEC 9899-1999里面，這么寫是非法的，這個(gè)僅僅是GNU C的擴(kuò)展，gcc可以允許這一語法現(xiàn)象的存在。但最新的C/C++不知道是否可以，我沒有測(cè)試過。C99允許。

3、變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體的好處體現(xiàn)在哪？

可能有的同學(xué)會(huì)問到，1引出部分如果說定義定長(zhǎng)數(shù)組浪費(fèi)空間，定義一個(gè)指針不也能指向變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)域部分嗎？

是的，是可以實(shí)現(xiàn)的。那么我們就對(duì)比下有什么不同。

結(jié)構(gòu)體1：s_one，用指針指向數(shù)據(jù)域部分；

結(jié)構(gòu)體2：s_two, 用[0]的數(shù)組；

結(jié)構(gòu)體3：s_three, 因?yàn)橛械木幾g器不支持[0]，我們用[1]來表示；多了些存儲(chǔ)。

[cpp] view plain copy

#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()
{
//賦值用
constchar* tmp_buf = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
intntmp_buf_size = strlen(tmp_buf);
//<1>注意s_one 與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結(jié)構(gòu)體對(duì)齊
cout<< endl;
//為buf分配100個(gè)字節(jié)大小的空間
intntotal_stwo_len = sizeof(s_two) + (1 + ntmp_buf_size) * sizeof(char);
intntotal_sthree_len = sizeof(s_three) + ntmp_buf_size * sizeof(char);
//給s_one buf賦值
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);
//給s_two buf賦值
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，直接拷貝!
//給s_three_buf賦值
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，直接拷貝!
cout<< endl;
//<2>注意s_one 與s_two釋放的不同！
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;
}

筆者vc6.0的編譯器會(huì)有如下的警告：

運(yùn)行結(jié)果如下：

對(duì)比結(jié)果，我們能發(fā)現(xiàn)：

<1> 存儲(chǔ)大小方面：s_two的存儲(chǔ)較s_one、s_three都要少，[0]的好處，即用指針的方式需要多開辟存儲(chǔ)空間的。

<2> 數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)方面：s_one明顯數(shù)據(jù)域是單獨(dú)開辟的空間，與前的nsize不在連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)域，而s_two，s_three則在連續(xù)的存儲(chǔ)空間下。

<3>釋放內(nèi)存方面：顯然s_one的指針的方式，需要先釋放數(shù)據(jù)域部分，才能釋放指向結(jié)構(gòu)體的指針變量；而s_two，s_three可以直接釋放。

總結(jié)如下：

結(jié)構(gòu)體最后使用0或1的長(zhǎng)度數(shù)組的原因，主要是為了方便的管理內(nèi)存緩沖區(qū)，如果你直接使用指針而不使用數(shù)組，那么，你在分配內(nèi)存緩沖區(qū)時(shí)，就必須分配結(jié)構(gòu)體一次，然后再分配結(jié)構(gòu)體內(nèi)的指針一次，（而此時(shí)分配的內(nèi)存已經(jīng)與結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存不連續(xù)了，所以要分別管理即申請(qǐng)和釋放）。

而如果使用數(shù)組，那么只需要一次就可以全部分配出來，反過來，釋放時(shí)也是一樣，使用數(shù)組，一次釋放，使用指針，得先釋放結(jié)構(gòu)體內(nèi)的指針，再釋放結(jié)構(gòu)體。還不能顛倒次序。

其實(shí)變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體就是分配一段連續(xù)的的內(nèi)存，減少內(nèi)存的碎片化，簡(jiǎn)化內(nèi)存的管理。

4、變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體的應(yīng)用

<1>Socket通信數(shù)據(jù)包的傳輸；

<2>解析數(shù)據(jù)包，如筆者遇到的問題。

<3>其他可以節(jié)省空間，連續(xù)存儲(chǔ)的地方等。

未盡事宜，后續(xù)補(bǔ)上……

2013/9/22pm21:36思于家中床前

作者：銘毅天下

轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出處，原文地址：http://blog.csdn.net/laoyang360/article/details/11908731

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