一个自动在栈和堆上分配变长数组的实现方式

在开发过程中，经常会遇到想要申请的内存长度不固定的情况，在一般效率不高时，直接使用malloc或者free就可以，但是在一些效率要求较高的场合，频繁的使用malloc和free会严重影响到系统的性能。在大多数情况下，我们遇到的情况都是：申请的长度一般都在某个值之下，特殊情况下，会出现长度大于此值；这时候如果使用一个定长的数组，则可以显著提升系统效率，但是又照顾不了个别情况下数组无法装下的问题，并且长度不太好确定，太长会浪费空间，太短又可能不够用；如果使用malloc动态申请内存，虽然能够满足各种长度要求，但是会对效率产生显著的影响；如何兼顾效率和空间浪费是个两难的问题。

下面的这段代码可以自动在栈和堆之间进行切换，使用时只需要根据经验值设定一个固定大小，经验值之内的内存自动在栈上定义，大于经验值的内存都在堆上分配，它实现的原理是：在结构体内部定义一个定长数组和一个指针，如果用户需要的长度小于数组长度，则直接使用数组，无需在堆上申请内存，如果用户使用过程中，需要的长度增加了，并且超过了定长数组，则自动在堆上申请内存，并将数据从数组中转移过来，定长数组的长度为宏DEFAULT_BUF_LEN，可根据自己的经验值进行修改，上述的这些过程对使用着来说是透明的。这段代码包括了实现代码，以及一个简单的使用及测试用例；

下面的代码提供了6个接口函数，其名称和功能为：

1、bool Smart_Buf_Init(struct Smart_Buffer* smartBuf, int len);它主要完成对结构体struct Smart_Buffer的初始化工作，并可指定长度，如果指定长度小于宏DEFAULT_BUF_LEN，则指定长度不被采用；

2、void Smart_Buf_Uninit(struct Smart_Buffer* smartBuf);主要对结构体struct Smart_Buffer的反初始化工作，如果内部有从堆中申请了内存，则在该函数内部会进行释放；

3、bool Smart_Buf_SetData(struct Smart_Buffer* smartBuf, char* dataBuf);该接口主要完成存储一个buf的功能；

4、bool Smart_Buf_StrCat(struct Smart_Buffer* smartBuf, char* dataBuf);该接口主要将dataBuf中的内容拼接到smartBuf中；

5、char* Smart_Buf_GetBuf(struct Smart_Buffer* smartBuf);该接口可以获取smartBuf中正在使用的内存的地址，如果使用的是定长数组，则返回数组的首地址，如果是从堆中新申请的内存，则返回该内存的地址。

6、void Smart_Buf_description(struct Smart_Buffer* smartBuf);该接口函数可以打印smartBuf中的内部情况；

需要注意的是：

1、使用之前一定要先调用初始化接口：使用结束一定要调用反初始化接口

2、使用过程中尽量使用接口函数对内存进行操作，而不是直接操纵结构体内的内存。

/*******************************************Smart_Buffer*****************************************************
*说明:
*功能：
*接口函数说明：
*使用示例：
*注意：
*   开始使用时需调用：Smart_Buf_Init
*   使用结束需要调用：Smart_Buf_Uninit
*******************************************Smart_Buffer*****************************************************/
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>#define DEFAULT_BUF_LEN 1024#ifndef bool
#define bool char
#endif#ifndef true
#define true 1
#endif#ifndef false
#define false 0
#endifstruct Smart_Buffer{bool bUseHeap;char* buf;char array[DEFAULT_BUF_LEN];int capacity;int used_len;
};bool Smart_Buf_Init(struct Smart_Buffer* smartBuf, int len);
bool Smart_Buf_SetData(struct Smart_Buffer* smartBuf, char* dataBuf);
bool Smart_Buf_StrCat(struct Smart_Buffer* smartBuf, char* dataBuf);
void Smart_Buf_Uninit(struct Smart_Buffer* smartBuf);
static bool _Smart_Buf_AddBuf(struct Smart_Buffer* smartBuf,int len);
void Smart_Buf_description(struct Smart_Buffer* smartBuf);
char* Smart_Buf_GetBuf(struct Smart_Buffer* smartBuf);bool Smart_Buf_Init(struct Smart_Buffer* smartBuf,int len)
{if(NULL == smartBuf)return false;smartBuf->buf = NULL;if(len < DEFAULT_BUF_LEN){//Request buffer length is less than default length,will usearraysmartBuf->capacity = DEFAULT_BUF_LEN;smartBuf->bUseHeap = false;memset(smartBuf->array, '\0', smartBuf->capacity);}else{ // Request buffer length is longer than default length,will malloc memory;smartBuf->capacity = len + DEFAULT_BUF_LEN;smartBuf->buf = malloc(smartBuf->capacity);if(NULL == smartBuf->buf)return false;smartBuf->bUseHeap = true;memset(smartBuf->buf, '\0', smartBuf->capacity);}smartBuf->used_len = 0;return true;
}static bool _Smart_Buf_AddBuf(struct Smart_Buffer* smartBuf,int len)
{if(NULL == smartBuf || len <= 0)return false;if(smartBuf->capacity >= len)return true;int new_len = len + DEFAULT_BUF_LEN;if(smartBuf->bUseHeap){smartBuf->buf = realloc(smartBuf->buf, new_len * sizeof(char));}else{smartBuf->buf = malloc(new_len* sizeof(char));memset(smartBuf->buf, '\0',new_len * sizeof(char));strncpy(smartBuf->buf,smartBuf->array,smartBuf->used_len);memset(smartBuf->array, '\0',DEFAULT_BUF_LEN);smartBuf->bUseHeap = true;}smartBuf->capacity = new_len;return true;
}bool Smart_Buf_SetData(struct Smart_Buffer* smartBuf, char* dataBuf)
{if(NULL == smartBuf)return false;if(NULL == dataBuf)return true;if(smartBuf->capacity < strlen(dataBuf)){//capacity of smartBuf is less than the lenght of dataBuf,will mallocif(!_Smart_Buf_AddBuf(smartBuf,strlen(dataBuf) + DEFAULT_BUF_LEN))return false;}if(smartBuf->bUseHeap){//use buffersprintf(smartBuf->buf,"%s",dataBuf);smartBuf->used_len = strlen(smartBuf->buf);}else{//use arraysprintf(smartBuf->array,"%s",dataBuf);smartBuf->used_len = strlen(smartBuf->array);}return true;
}bool Smart_Buf_StrCat(struct Smart_Buffer* smartBuf, char* dataBuf)
{if(NULL == smartBuf)return false;if(NULL == dataBuf)return true;int new_len = 0;if(smartBuf->capacity < strlen(dataBuf)+ smartBuf->used_len){if(!_Smart_Buf_AddBuf(smartBuf,strlen(dataBuf)+ smartBuf->used_len))return false;}if(smartBuf->bUseHeap){strcat(smartBuf->buf,dataBuf);smartBuf->used_len = strlen(smartBuf->buf);}else{strcat(smartBuf->array,dataBuf);smartBuf->used_len = strlen(smartBuf->array);}return true;
}void Smart_Buf_Uninit(struct Smart_Buffer* smartBuf)
{if(NULL == smartBuf)return ;if(smartBuf->bUseHeap && NULL != smartBuf->buf)free(smartBuf->buf);smartBuf->bUseHeap = false;smartBuf->buf = NULL;smartBuf->capacity = DEFAULT_BUF_LEN;
}char* Smart_Buf_GetBuf(struct Smart_Buffer* smartBuf)
{if(NULL == smartBuf)return NULL;return smartBuf->bUseHeap ? smartBuf->buf : smartBuf->array;}void Smart_Buf_description(struct Smart_Buffer* smartBuf)
{if(NULL == smartBuf)return ;printf("\n|---------- description of struct Smart_Buffer:----------| \n");printf(" smartBuf address   : [%p]\n",smartBuf);printf("   Is use heap      : [%s]\n",smartBuf->bUseHeap ? "Yes" : "No");printf("   capacity         : [%d]\n",smartBuf->capacity);printf("   used length      : [%d]\n",smartBuf->used_len);printf("   - array address  : [%p]\n",smartBuf->array);printf("   - array content  : [%s]\n",smartBuf->array);printf("   - buffer address : [%p]\n",smartBuf->buf);printf("   - buffer content : [%s]\n\n",smartBuf->buf ? smartBuf->buf : "NULL");
}/*----------------------test------------------------------*/
void test1()
{printf("\n------------into function:test1()\n");struct Smart_Buffer mySmartBuf;printf("\n will init buffer length 5 (default length is 10)\n");if(!Smart_Buf_Init(&mySmartBuf,5)){printf("fail from function:Smart_Buf_Init\n");return ;}printf("\n after Smart_Buf_Init():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);printf("\n will set data:[hello ]\n");if(!Smart_Buf_SetData(&mySmartBuf,"hello ")){printf("fail from function:Smart_Buf_SetData\n");return ;}printf("\n after Smart_Buf_SetData():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);printf("***test-Smart_Buf_GetBuf -content:[%s]***\n",Smart_Buf_GetBuf(&mySmartBuf));printf("\n will call Smart_Buf_StrCat with:[this is jason!]\n");if(!Smart_Buf_StrCat(&mySmartBuf, " this is jason! ")){printf("fail from function:Smart_Buf_StrCat\n");return ;}printf("\n after Smart_Buf_StrCat():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);printf("***test-Smart_Buf_GetBuf -content:[%s]***\n",Smart_Buf_GetBuf(&mySmartBuf));printf("\n will unit buffer...\n");Smart_Buf_Uninit(&mySmartBuf);printf("\n after Smart_Buf_Uninit():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);}/*----------------------------------------------------*/
void test2()
{printf("\n------------into function:test2()\n");struct Smart_Buffer mySmartBuf;printf("\n will init buffer length 20(default length is 10)\n");if(!Smart_Buf_Init(&mySmartBuf,20)){printf("fail from function:Smart_Buf_Init\n");return ;}printf("\n after Smart_Buf_Init():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);printf("\n will set data:[hello, this jason, and  i am from XI'AN,china..................... ]\n");if(!Smart_Buf_SetData(&mySmartBuf,"hello, this jason, and  i am from XI'AN,china..................... ")){printf("fail from function:Smart_Buf_SetData\n");return ;}printf("\n after Smart_Buf_SetData():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);printf("***test-Smart_Buf_GetBuf -content:[%s]***\n",Smart_Buf_GetBuf(&mySmartBuf));printf("\n will call Smart_Buf_StrCat with:[ <><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><>]  \n");if(!Smart_Buf_StrCat(&mySmartBuf, " <><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><>")){printf("fail from function:Smart_Buf_StrCat\n");return ;}printf("\n after Smart_Buf_StrCat():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);printf("\n will unit buffer...\n");printf("***test-Smart_Buf_GetBuf -content:[%s]***\n",Smart_Buf_GetBuf(&mySmartBuf));Smart_Buf_Uninit(&mySmartBuf);printf("\n after Smart_Buf_Uninit():\n");Smart_Buf_description(&mySmartBuf);}int main()
{test1();test2();return 0;
}

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