变长数组和动态内存分配有什么区别？

Question

int a[n];

与

int * a;
a = malloc(n * sizeof(int));

谁能分别解释一下这两种方法的优缺点？（效率、安全性等）

Answer 1

主要区别是 VLA 声明引入了新的可变修改（VM）类型，并且对象具有自动存储，变体malloc()具有动态存储。

代码：

int a[n];

编译器将其视为：

int T_elems = n;
typedef int T[T_elems];
T a;

由于结果数组a具有自动存储，并且在现代系统上分配在堆栈上。自动意味着当离开对象被引入的范围时，对象的内存被释放。

int *b;
{
   int a[n];
   // `a` is valid
   b = a;
}
// resources pointed by `b` are released

另一方面，第二个片段：

int * a = malloc(n * sizeof(int));

创建一个指向它的指针int并为其分配一个动态分配的对象。即使范围a已经结束，对象资源仍然有效。内存在用 释放之前一直有效free()。

int *b;
{
   int * a = malloc(n * sizeof(int));
   b = a;
}
// resources pointed by `b` are valid!
free(b);
// memory is no longer valid

有一个常见的误解，认为 VLA 总是分配在堆栈上。VLA 可以通过指向数组的指针在堆上分配：

int (*a)[n] = malloc(sizeof(int[n]));

概括：

1. VLA（和 VM 类型）

优点：

• 自动VLA的简单分配
• “always”成功（C 标准未定义的失败行为）
• 分配非常快（比固定数组稍慢）
• 自动 VLA 无泄漏风险
• 可以有动态存储（通过指向VLA的指针）
• 对于多维数组非常方便
• 携带其大小从而sizeof a返回n * sizeof int

缺点：

• 自动 VLA 很容易溢出堆栈
• 无法在文件范围定义 VM 类型（无法返回）
• VM 类型不能用作结构成员
• 自C11起成为可选功能
• sizeof评估 VLA 类型的操作数
• 自动 VLA 无法调整大小

2. 动态一维数组。

优点：

• 受所有 C 标准支持
• 可以是任意大小，没有堆栈限制
• 指示分配是否成功，但是在现代操作系统上malloc()保留了地址空间。操作系统几乎不能保证内存被保留
• 可以调整大小realloc()

缺点：

• 更详细的语法
• 必须检查是否成功
• 分配比任何基于堆栈的分配都慢
• 内存必须释放以free()避免泄漏
• 不携带大小，必须保留数组的大小

相同的数据组织为表格：

	自动VLA	malloc
句法	简单的	更详细
错误时的行为	堆栈溢出	NULL
错误处理	不可能：失败时的行为未定义	必须检查 的malloc返回值
最大尺寸	堆栈大小	堆大小（大于堆栈）
速度	非常快（比固定数组稍慢）	比任何基于堆栈的分配都慢
解除分配	自动的; 无泄漏风险	内存必须用 free() 释放以避免泄漏
数组大小支持	是的，由sizeof	不，程序员必须显式存储
可以退货吗？	不	是的
可以放进去struct吗？	不	是的
可移植性	C99，自C11起成为可选功能	受所有 C 标准支持
支持调整大小吗？	不	是的，由realloc
多维	语法简单	可能令人困惑的语法