C语言中的可变大小矩阵

Question

我如何在C语言中实现可变大小的矩阵（int类型）？为了澄清，我必须能够根据情况添加行和列（在if语句内部）。

谢谢，Vi。

- user1288707

Answer 1

你可以编写一个可重用的组件，将界面与实现分离。你需要做出的主要决定是实现稀疏分配方案还是密集分配方案。

假设采用密集分配方案，对象可以在matrix.h中实现。

#include <stdio.h>

typedef struct matrix {
  int nrows, ncols, *data;
} matrix;

matrix* allocate(matrix *mat, int nrows, int ncols);
int *cell(const matrix *mat, int row, int col);
matrix *addrow(matrix *mat);
matrix *addcol(matrix *mat);
matrix *print(FILE *f, matrix *mat);

在 matrix.c 文件中。

#include "matrix.h"
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

matrix* allocate(matrix *mat, int nrows, int ncols)
{
  assert(nrows > 0 && ncols > 0);
  mat->nrows = nrows;
  mat->ncols = ncols;
  mat->data = malloc(sizeof(int) * nrows * ncols);
  return mat;
}

int *cell(const matrix *mat, int row, int col)
{
  assert(row >= 0 && row < mat->nrows);
  assert(col >= 0 && col < mat->ncols);
  return mat->data + row * mat->ncols + col;
}

matrix *addrow(matrix *mat)
{
  mat->nrows++;
  mat->data = realloc(mat->data, sizeof(int) * mat->nrows * mat->ncols);
  return mat;
}

/* adding a column it's an expensive operation */
matrix *addcol(matrix *mat)
{
  mat->ncols++;
  mat->data = realloc(mat->data, sizeof(int) * mat->nrows * mat->ncols);

  /* shift rows' elements, to make room for last column */
  for (int r = mat->nrows - 1; r > 0; --r)
  {
    int *dest = mat->data + r * mat->ncols,
        *orig = mat->data + r * (mat->ncols - 1);
    memmove(dest, orig, sizeof(int) * (mat->ncols - 1));
  }
  return mat;
}

matrix *print(FILE *f, matrix *mat)
{
    for (int r = 0; r < mat->nrows; ++r)
    {
        for (int c = 0; c < mat->ncols; ++c)
            fprintf(f, "%4d ", *cell(mat, r, c));
        fprintf(f, "\n");
    }
    return mat;
}

int main_matrix(int argc, char **argv)
{
    matrix m;
    allocate(&m, 3, 5);

    for (int r = 0; r < m.nrows; ++r)
        for (int c = 0; c < m.ncols; ++c)
            *cell(&m, r, c) = 35;
    print(stdout, &m);
    fprintf(stdout, "\n");

    addrow(&m);
    for (int c = 0; c < m.ncols; ++c)
        *cell(&m, m.nrows - 1, c) = 45;
    print(stdout, &m);
    fprintf(stdout, "\n");

    addcol(&m);
    for (int r = 0; r < m.nrows; ++r)
        *cell(&m, r, m.ncols - 1) = 46;
    print(stdout, &m);
    fprintf(stdout, "\n");

    // remember to free memory
    free(m.data);

    return argc;
}

测试输出：

  35   35   35   35   35 
  35   35   35   35   35 
  35   35   35   35   35 

  35   35   35   35   35 
  35   35   35   35   35 
  35   35   35   35   35 
  45   45   45   45   45 

  35   35   35   35   35   46 
  35   35   35   35   35   46 
  35   35   35   35   35   46 
  45   45   45   45   45   46 

- CapelliC

Answer 2

我看您不想这样声明: int arr[5][5];

您可以使用malloc和realloc 来实现动态创建。例如，创建一个动态二维数组:

int nrows;
int ncolumns;

scanf("%d %d", &nrows, &ncolumns);

int **arr = malloc(nrows * sizeof(int *));
    for(i = 0; i < nrows; i++)
        arr[i] = malloc(ncolumns * sizeof(int));

如果你想改变大小，可以使用realloc。使用realloc的优点是，在无法在同一区域扩展内存的情况下，它会自动处理从原始内存位置复制值到新位置的操作。

请注意，这里是针对二维数组的。如果您想要更改维度本身或者想要能够修改维度，则可以编写类似上面的代码，并为每种情况编写不同的函数。同样，这看起来可能有些丑陋。但是在C中没有更加优雅的方法来做这些事情。

- P.P

Answer 3

一旦你知道大小，你就必须在堆上分配足够的空间来容纳该大小。你可以使用malloc或calloc在堆上分配空间。

例如：

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

void set_value(int * matrix, int row, int col, int value);
int get_value(int * matrix, int row, int col);

int main() {
    int rows = 5; /* arbitrary */
    int cols = 3; /* arbitrary */
    int * matrix = (int *) calloc(rows * cols, sizeof(int));

    if (matrix == NULL) {
        printf("Error with allocation!\n");
        return -1;
    }

    set_value(matrix, 0, 0, 5);
    set_value(matrix, 0, 1, 2);
    set_value(matrix, 4, 2, 1);

    printf("%d\n", get_value(matrix, 0, 0));
    printf("%d\n", get_value(matrix, 0, 1));
    printf("%d\n", get_value(matrix, 4, 2));

    free(matrix);

    return 0;
}

void set_value(int * matrix, int row, int col, int value) {
    *(matrix + col * sizeof(int) + row) = value;
}

int get_value(int * matrix, int row, int col) {
    return *(matrix + col * sizeof(int) + row);
}

请确保您始终检查对 malloc 或 calloc 的调用是否成功，并始终使用 free 释放内存。

如果您需要调整矩阵的大小，则必须使用 realloc 或请求更多堆空间，将值复制到新空间中，并释放旧内存。

- John Kurlak

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我开始时不知道大小。根据条件子句，我会逐步添加行和列。 - user1288707

Answer 4

仅仅因为C语言没有对面向对象的思想，如封装和信息隐藏提供语言支持，并不意味着你不能在你的代码中使用它们；你只需要更加努力地将它们付诸实践。

我已经很久没有写C语言了，但是斯坦福大学的Eric Roberts在一门C编程课程中教授了一些很棒的技巧。我建议你去了解一下。

这个想法是，你将不得不重新分配新大小矩阵的内存，将旧元素复制到其中，初始化新值，清理旧内存，并将新矩阵分配给指针变量。如果你将所有这些都隐藏在一个方法中，你的代码客户端只需调用它，而不必担心你在底层所做的魔术。你不必在多个地方重复这些复杂性。你只需要调用一个方法就可以完成。

- duffymo

Answer 5

我认为你可以使用动态内存分配函数"malloc"来创建缓冲区

- Kimboo Rasta

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欢迎来到SO！在回答问题时，请尽量具体，并在可能的情况下包含代码。 - lnafziger

Answer 6

我刚写好了... 希望它能正常工作。

int **matrix;

int m=10;
int n=10;

int i,j;

matrix = (int)** malloc (m*sizeof(int*));
for(i=0;i<m;i++){
matrix[i]= (int)* malloc (n*sizeof(int));
for(j=0;j<n;j++)
matrix[i][j] = (10.0*rand());
}

free(matrix);

- trible

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释放matrix时出现了大内存泄漏。 - William Morris