在结构体内初始化动态数组

Question

我正在尝试用C语言实现自己的矩阵乘法基本版本，根据另一个实现，我已经创建了一个矩阵数据类型。代码可以正常工作，但由于我是C的新手，我不明白为什么。

问题：我有一个结构体，里面有一个动态数组，我正在初始化它的指针。请参见下面：

// Matrix data type
typedef struct
{
    int rows, columns;      // Number of rows and columns in the matrix
    double *array;          // Matrix elements as a 1-D array
} matrix_t, *matrix;

// Create a new matrix with specified number of rows and columns
// The matrix itself is still empty, however
matrix new_matrix(int rows, int columns)
{
    matrix M = malloc(sizeof(matrix_t) + sizeof(double) * rows * columns);
    M->rows = rows;
    M->columns = columns;
    M->array = (double*)(M+1); // INITIALIZE POINTER
    return M;
}

为什么我需要将数组初始化为(double*)(M+1)？似乎(double*)(M+100)也可以正常工作，但是当我运行矩阵乘法函数时，(double *)(M+10000)就不能再工作了。

- Zni

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请不要在一个typedef中声明两种类型，不要在typedef中隐藏指针类型，不要使用带有_t的名称，它们被POSIX保留，请使用size_t来表示rows和columns。 - Jens Gustedt

不，"_t"并不是为POSIX保留的。实际上，它没有被保留用于任何特定用途。尽管如此，在类型名称中应该只使用它。例如，"size_t"并不是POSIX。 - Jocke

Answer 1

这种情况下推荐使用未指定大小的数组，与offsetof一起使用。这样可以确保正确的对齐方式。

#include <stddef.h>
#include <stdlib.h>

// Matrix data type
typedef struct s_matrix
{
    int rows, columns;      // Number of rows and columns in the matrix
    double array[];         // Matrix elements as a 1-D array
} matrix;

// Create a new matrix with specified number of rows and columns
// The matrix itself is still empty, however
matrix* new_matrix(int rows, int columns)
{
    size_t size = offsetof(matrix_t, array) + sizeof(double) * rows * columns;
    matrix* M = malloc(size);
    M->rows = rows;
    M->columns = columns;
    return M;
}

- Medinoc

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谢谢您，我同意Jens所指出的不要在typedef中隐藏指针类型的做法更为合理。然而，我认为您想要使用offsetof(matrix, array)，因为matrix_t在您的代码中未定义... - Zni

什么是向数组添加数据的正确方法？我以前使用第一个版本代码时使用的方法不再起作用。无论我尝试什么，都只会得到“错误：无效使用灵活数组成员”的提示。 - Zni

哦，那个简单的东西似乎可以工作。然而，我在同时设置数组的所有值时遇到了问题。之前我写过 matrix* A = new_matrix(3, 2); double amatrix[] = { 3, 2, 8, 1, 9, 2 }; A->array = amatrix; 但现在不再起作用了。 - Zni

这段代码并没有填充数组，它用于更改指针（使得在结构体之后分配的所有内存都变得无用）。要复制数组的内容，请使用memcpy()。 - Medinoc

Answer 2

M+1指向紧随M内存之后的内存（即在两个int和一个double*之后）。这是您为矩阵数据分配的内存:

matrix M = malloc(sizeof(matrix_t) + sizeof(double) * rows * columns);
                                     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

使用M+100或M+10000，然后尝试填充矩阵将导致未定义行为。这可能会导致程序崩溃，或者程序看起来工作正常（但实际上是有问题的），或者介于两者之间。

- NPE

Answer 3

你需要初始化它，否则（等着瞧）它就是未初始化的！

除了生成未定义的行为之外，您不能将未初始化的指针用于任何事情。

将其初始化为M + 1是完全正确的，也是非常好的代码。任何其他值都无法使用您为此目的分配的内存。

我的观点是，在结构体末尾的double *不会“自动”指向这个内存，这是您问题中暗示的信念，即为什么应该初始化它。因此，它必须设置为正确的地址。

- unwind