C语言变长数组（VLA）的用法（非常详细，附带实例）

在 C语言中，变长数组（Variable Length Array，简称 VLA）是一种可以在运行时动态确定大小的数组。

变长数组是 C99 标准引入的新特性，它允许数组的长度不是固定的编译时常量，而是根据程序运行时的变量或表达式来决定。

变长数组的概念

在 C 语言里，传统的数组（如 int arr[10]）要求在声明时指定一个固定的长度，这个长度必须是编译时已知的常量。而变长数组打破了这一限制，其大小可以在运行时动态计算，通常由变量或函数参数决定。

变长数组的内存分配仍然是在栈上完成的（与动态分配的堆内存不同），它的核心特点包括：

• 大小在运行时确定。
• 内存分配在栈上，自动管理生命周期。
• 仅限于局部作用域（不能是全局变量）。

接下来，我们将从语法开始，逐步讲解变长数组的用法。

变长数组的声明

变长数组的声明与普通数组类似，但长度部分可以用变量或表达式替代。基本语法如下：

数据类型 数组名[表达式];

这里的 表达式 在运行时计算，确定数组的大小。例如：

int n = 5;
int arr[n]; // 变长数组，大小为 n

需要注意的是，n 的值必须在数组声明时已经确定，且不能为负数或零，否则会导致未定义行为。

变长数组的基本用法

让我们通过一个简单示例来看看变长数组的实际应用。假设我们要根据用户输入的大小创建一个数组：

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
    printf("请输入数组大小：");
    scanf("%d", &n);
    int arr[n]; // 变长数组

    // 初始化数组
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 打印数组
    printf("数组内容：");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

输出结果（假设输入 5）：

请输入数组大小：5
数组内容：1 2 3 4 5 

在这个例子中，arr 的大小由用户输入的 n 决定。程序根据 n 创建了一个变长数组，并对其进行初始化和输出。

变长数组在函数中的使用

变长数组特别适合作为函数的局部变量，尤其在需要动态大小的场景中。

例如，我们可以编写一个函数，根据参数创建变长数组并计算元素之和：

#include <stdio.h>

void sum_array(int size) {
    int arr[size]; // 变长数组
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] = i * 2;
    }
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        sum += arr[i];
    }
    printf("数组元素之和：%d\n", sum);
}

int main() {
    int n;
    printf("请输入数组大小：");
    scanf("%d", &n);
    sum_array(n);
    return 0;
}

输出结果（假设输入 4）：

请输入数组大小：4
数组元素之和：12

这里，arr[size] 的长度由函数参数 size 决定，数组元素为 0、2、4、6，总和为 12。

多维变长数组

C99 还支持多维变长数组，常用于动态矩阵等场景。声明时，至少有一个维度可以是运行时表达式。例如：

#include <stdio.h>

void print_matrix(int rows, int cols) {
    int matrix[rows][cols]; // 多维变长数组
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = i + j;
        }
    }
    printf("矩阵内容：\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main() {
    print_matrix(3, 4);
    return 0;
}

输出结果：

矩阵内容：
0 1 2 3 
1 2 3 4 
2 3 4 5 

在这个例子中，matrix 是一个 3 行 4 列的变长数组，行数和列数由函数参数动态指定。

变长数组与动态内存分配的对比

变长数组常被拿来与动态内存分配（malloc 和 free）对比，二者都能实现动态大小的数组，但有显著区别。以下是两者的对比表格：
 

特性	变长数组	动态内存分配
内存位置	栈	堆
生命周期	自动释放（离开作用域）	需手动释放（free）
大小限制	受栈空间限制（较小）	受堆空间限制（较大）
语法复杂度	简单	需手动管理

示例（动态内存分配版本）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n;
    printf("请输入数组大小：");
    scanf("%d", &n);
    int *arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }
    printf("数组内容：");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    free(arr);
    return 0;
}

变长数组更简洁，但动态分配更灵活，适合大数组或需要跨作用域使用的情况。

变长数组的优点与局限性

1) 优点

• 简单易用：无需手动分配和释放内存。
• 局部优化：栈上分配通常比堆上分配更快。
• 动态性：无需提前知道固定大小。

2) 局限性

• 栈空间限制：栈大小有限（通常几 MB），过大的变长数组会导致栈溢出。
• 仅限局部：不能声明为全局变量或静态变量。
• 兼容性：C11 将 VLA 设为可选特性，部分编译器可能不支持。

注意事项

• 大小检查：确保长度不为负数或零，避免未定义行为。
• 栈溢出：避免声明过大的变长数组，例如 int arr[1000000] 可能崩溃。
• 编译器支持：使用前确认编译器支持 C99 或更高版本（如 gcc 使用 -std=c99）。

示例（检测栈溢出风险）：

#include <stdio.h>

int main() {
    int n = 1000000; // 过大可能溢出
    int arr[n];
    printf("创建了一个大小为 %d 的数组\n", n);
    return 0;
}

这种代码在小型栈环境中可能失败，需谨慎使用。

总结

变长数组是 C99 标准新增的特性，它允许数组的长度不是固定的编译时常量，而是根据程序运行时的变量或表达式来决定，特别适合需要动态大小的局部数组场景。

阅读完本文，相信你已经掌握了 C 语言变长数组的用法。注意，使用变长数组时要注意栈空间限制和兼容性的问题。建议读者学完后多尝试使用变长数组，趁热打铁，彻底掌握它。