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深入淺出變長結(jié)構(gòu)體

 zhouADNjj 2014-04-14

深入淺出變長結(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)的包長度。

        這個(gè)時(shí)候存儲包的時(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)的存儲空間。另一方面考慮有沒有一種方法能根據(jù)長度進(jìn)行存儲，或者說初始不分配長度，計(jì)算出了長度后再分配存儲呢。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。

        這就引出了變長結(jié)構(gòu)體的概念。

 

2、 什么叫變長結(jié)構(gòu)體？

     如下所示：

  1. struct Var_Len_Struct  
  2. {  
  3.      int nsize;  
  4.      char buffer[0];  
  5. };  


        那結(jié)構(gòu)體是怎么實(shí)現(xiàn)可變長的呢？如上所示，請注意看結(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)可變長的結(jié)構(gòu)體了。更為巧妙的是，我們甚至可以用nsize存儲字符串buffer的長度。

       并且，上述的結(jié)構(gòu)體可以擴(kuò)展，比如筆者項(xiàng)目中遇到的存儲數(shù)據(jù)包，前面可能類似包頭的部分（存儲類型、長度等信息），而后面buffer則存儲數(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，我沒有測試過。C99允許。

 

3、變長結(jié)構(gòu)體的好處體現(xiàn)在哪？

        可能有的同學(xué)會問到，1引出部分如果說定義定長數(shù)組浪費(fèi)空間，定義一個(gè)指針不也能指向變長的數(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。

 

  1. #include <stdafx.h>  
  2. #include <iostream>  
  3. using namespace std;  
  4.    
  5. const int BUF_SIZE = 100;  
  6.    
  7. struct s_one  
  8. {  
  9. ints_one_cnt;  
  10. char*s_one_buf;  
  11. };  
  12.    
  13. struct s_two  
  14. {  
  15. ints_two_cnt;  
  16. chars_two_buf[0];  
  17. };  
  18.    
  19. struct s_three  
  20. {  
  21. ints_three_cnt;  
  22. chars_three_buf[1];  
  23. };  
  24.    
  25. int main()  
  26. {  
  27. //賦值用  
  28. constchar* tmp_buf = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";  
  29. intntmp_buf_size = strlen(tmp_buf);  
  30.    
  31. //<1>注意s_one 與s_two的大小的不同  
  32. cout<< "sizeof(s_one) = " << sizeof(s_one) << endl; //8  
  33. cout<< "sizeof(s_two) = " << sizeof(s_two) << endl; //4  
  34. cout<< "sizeof(s_three) = " << sizeof(s_three) << endl;//5-->8結(jié)構(gòu)體對齊  
  35. cout<< endl;  
  36.    
  37. //為buf分配100個(gè)字節(jié)大小的空間  
  38. intntotal_stwo_len = sizeof(s_two) + (1 + ntmp_buf_size) * sizeof(char);  
  39. intntotal_sthree_len = sizeof(s_three) + ntmp_buf_size * sizeof(char);  
  40.    
  41. //給s_one buf賦值  
  42. s_one*p_sone = (s_one*)malloc(sizeof(s_one));  
  43. memset(p_sone,0, sizeof(s_one));  
  44. p_sone->s_one_buf= (char*)malloc(1 + ntmp_buf_size);  
  45. memset(p_sone->s_one_buf,0, 1 + ntmp_buf_size);  
  46. memcpy(p_sone->s_one_buf,tmp_buf, ntmp_buf_size);  
  47.    
  48. //給s_two buf賦值  
  49. s_two*p_stwo = (s_two*)malloc(ntotal_stwo_len);  
  50. memset(p_stwo,0, ntotal_stwo_len);  
  51. memcpy((char*)(p_stwo->s_two_buf),tmp_buf, ntmp_buf_size);  //不用加偏移量，直接拷貝!  
  52.    
  53. //給s_three_buf賦值  
  54. s_three*p_sthree = (s_three*)malloc(ntotal_sthree_len);  
  55. memset(p_sthree,0, ntotal_sthree_len);  
  56. memcpy((char*)(p_sthree->s_three_buf),tmp_buf, ntmp_buf_size);  
  57.    
  58. cout<< "p_sone->s_one_buf = " << p_sone->s_one_buf<< endl;  
  59. cout<< "p_stwo->s_two_buf = " << p_stwo->s_two_buf<< endl;  
  60. cout<< "p_sthree->s_three_buf = " <<p_sthree->s_three_buf << endl; //不用加偏移量，直接拷貝!  
  61. cout<< endl;  
  62.    
  63. //<2>注意s_one 與s_two釋放的不同！  
  64. if(NULL != p_sone->s_one_buf)  
  65. {  
  66.         free(p_sone->s_one_buf);  
  67.         p_sone->s_one_buf= NULL;  
  68.    
  69.         if(NULL != p_sone)  
  70.         {  
  71.                free(p_sone);  
  72.                p_sone= NULL;  
  73.         }  
  74.         cout<< "free(p_sone) successed!" << endl;  
  75. }  
  76.    
  77. if(NULL != p_stwo)  
  78. {  
  79.         free(p_stwo);  
  80.         p_stwo= NULL;  
  81.    
  82.         cout<< "free(p_stwo) successed!" << endl;  
  83. }  
  84.    
  85. if(NULL != p_sthree)  
  86. {  
  87.         free(p_sthree);  
  88.         p_sthree= NULL;  
  89.    
  90.         cout<< "free(p_sthree) successed!" << endl;  
  91. }  
  92.    
  93. return0;  
  94. }  


 

       筆者vc6.0的編譯器會有如下的警告：

 

       運(yùn)行結(jié)果如下：

       對比結(jié)果，我們能發(fā)現(xiàn)：

       <1> 存儲大小方面：s_two的存儲較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空間的。

       <2> 數(shù)據(jù)連續(xù)存儲方面：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)的存儲區(qū)域，而s_two，s_three則在連續(xù)的存儲空間下。

       <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，簡化內(nèi)存的管理。

 

4、變長結(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)載請標(biāo)明出處，原文地址：http://blog.csdn.net/laoyang360/article/details/11908731

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