如何在 C 语言中正确设置、访问和释放多维数组?



我已经看到了几十个关于C中多维数组的"我的代码有什么问题"的问题。出于某种原因,人们似乎无法理解这里发生的事情,所以我决定回答这个问题作为其他人的参考:

如何在 C 语言中正确设置、访问和释放多维数组?

如果其他人有有用的建议,请随时发布!

自 C99 以来,即使是动态多维数组也可以很容易地一次性分配malloc,并通过free释放

double (*A)[n] = malloc(sizeof(double[n][n]));
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
for (size_t j = 0; j < n; ++j)
A[i][j] = someinvolvedfunction(i, j);
free(A);

在 C89 中至少有四种不同的方法可以创建或模拟多维数组。

一个是"分别分配每一行",迈克在他的回答中描述了。它是一个多维数组,它只是模仿一个(特别是它模仿访问元素的语法)。在每行具有不同大小的情况下,它可能很有用,因此您不是在表示矩阵,而是在表示具有"粗糙边缘"的东西。

一个是"分配多维数组"。它看起来像这样:

int (*rows)[NUM_ROWS][NUM_COLS] = malloc(sizeof *rows);
...
free(rows);

然后访问元素 [i,j] 的语法是(*rows)[i][j]。在 C89 中,NUM_COLSNUM_ROWS都必须在编译时知道。这是一个真正的二维数组,rows是指向它的指针。

一种是"分配行数组"。它看起来像这样:

int (*rows)[NUM_COLS] = malloc(sizeof(*rows) * NUM_ROWS);
...
free(rows);

然后访问元素 [i,j] 的语法是rows[i][j]。在 C89 中,NUM_COLS必须在编译时知道。这是一个真正的二维阵列。

一种是,"分配一个一维数组并假装"。它看起来像这样:

int *matrix = malloc(sizeof(int) * NUM_COLS * NUM_ROWS);
...
free(matrix);

然后访问元素 [i,j] 的语法是matrix[NUM_COLS * i + j]。这(当然)不是真正的二维阵列。实际上,它具有与一个相同的布局。

从静态上讲,这很容易理解:

int mtx[3][2] = {{1, 2},
{2, 3},
{3, 4}};

这里没有什么复杂的。 3行,2列; 第一列中的数据:1, 2, 3; 第二列中的数据:2, 3, 4. 我们可以通过相同的结构访问元素:

for(i = 0; i<3; i++){
for(j = 0; j<2; j++)
printf("%d ", mtx[i][j]);
printf("n");
}
//output
//1 2
//2 3
//3 4

现在让我们从指针的角度看一下:

括号是一个很好的结构,可以帮助简化事情,但是当我们需要在动态环境中工作时,它没有帮助,所以我们需要从指针的角度来考虑这个问题。如果我们想存储一"行"整数,我们需要一个数组:

int row[2] = {1,2};

你知道吗?我们可以像指针一样访问它。

printf("%d, %dn",*row,*(row+1));   //prints 1, 2
printf("%d, %dn",row[0],row[1]);   //prints 1, 2

现在,如果我们不知道一行中值的数量,如果我们有一个指向 int 的指针,我们可以使这个数组成为动态长度,并且我们给它一些内存:

int *row = malloc(X * sizeof(int));  //allow for X number of ints
*row = 1;        //row[0] = 1
*(row+1) = 2; //row[1] = 2
…
*(row+(X-1)) = Y; // row[x-1] = Some value y

所以现在我们有一个动态的一维数组;一行。但是我们想要很多行,而不仅仅是一行,我们不知道有多少行。这意味着我们需要另一个动态一维数组,该数组的每个元素都将是一个指向一行的指针。

//we want enough memory to point to X number of rows
//each value stored there is a pointer to an integer
int ** matrix = malloc(X * sizeof(int *));
//conceptually:
(ptr to ptr to int)     (pointer to int)
**matrix ------------> *row1 --------> [1][2]
*row2 --------> [2][3]
*row3 --------> [3][4]

现在剩下要做的就是编写将执行这些动态分配的代码:

int i, j, value = 0;
//allocate memory for the pointers to rows
int ** matrix = malloc(Rows * sizeof(int*));
//each row needs a dynamic number of elements
for(i=0; i<Rows; i++){
// so we need memory for the number of items in each row… 
// we could call this number of columns as well
*(matrix + i) = malloc(X * sizeof(int));
//While we’re in here, if we have the items we can populate the matrix
for(j=0; j<X; j++)
*(*(matrix+i)+j) = value; // if you deference (matrix + i) you get the row
// if you add the column and deference again, you
// get the actual item to store (not a pointer!)
}

现在要做的最重要的事情之一是确保我们在完成后释放内存。每个级别的malloc()应具有相同数量的free()调用,并且调用应按 FILO 顺序排列(与 malloc 调用相反):

for(i=0; i<Rows; i++) 
free(*(matrix + i));
free(matrix);
//set to NULL to clean up, matrix points to allocated memory now so let’s not use it!
matrix = NULL; 

如果你想使用typedef'd数组,它甚至更简单。

假设您的代码中有typedef int LabeledAdjMatrix[SIZE][SIZE];

然后,您可以使用:

LabeledAdjMatrix *pMatrix = malloc(sizeof(LabeledAdjMatrix));

然后你可以写:

for (i=0; i<SIZE; i++) {
for (j=0; j<SIZE; j++) (*parr)[i][j] = k++; /* or parr[0][i][j]... */
}

因为pArr是指向矩阵的指针,*的优先级低于[];

这就是为什么一个模式常见的习惯用法是 typedef 行:

typedef int LabeledAdjRow[SIZE];

然后你可以写:

LabeledAdjRow *pMatrix = malloc(sizeof(LabeledAdjRow) * SIZE);
for (i=0; i<SIZE; i++) {
for (j=0; j<SIZE; j++) parr[i][j] = k++;
}

您可以直接memcpy所有这些:

LabeledAdjRow *pOther = malloc(sizeof(LabeledAdjRow) * SIZE);
memcpy(pOther, pMatrix, sizeof(LabeledAdjRow) * SIZE);

离开 Jen 的答案,如果你想为 3D 数组分配空间,以同样的方式,你可以这样做

int(*A)[n][n] = malloc(sizeof(int[num_of_2D_arrays][n][n]));
for (size_t p = 0; p < num_of_2D_arrays; p++)
for (size_t i = 0; i < n; i++)
for (size_t j = 0; j < n; j++)
A[p][i][j] = p;
for (size_t p = 0; p < num_of_2D_arrays; p++)
printf("Outter set %lun", p);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
for (size_t j = 0; j < n; j++)
printf(" %d", A[p][i][j]);
printf("n");
free(A);

相关内容

  • 没有找到相关文章

最新更新