柔性数组(Redis源码学习)
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
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