堆分配一个二维数组（非指针数组）

Question

我正在编写C代码，希望能够堆分配512*256字节的内存。为了方便，我希望能够使用array [a] [b]的语法来访问数组元素，而无需计算正确的索引。我在网上看到的每篇教程都告诉我要创建一个指针数组，指向我想要在数组中使用的行数组。这意味着每个子数组都需要单独进行malloc和free。我想找到一种只需要调用一次malloc和一次free的解决方案。（因此所有元素都是连续的）我认为这是可能的，因为我不会构建一个锯齿形数组。

如果有人愿意分享声明这样的数组的语法，我将不胜感激。

- Paul

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C++是否可选？您可以创建一个简单的C++对象，重载索引运算符。 - Richard J. Ross III

这真的是对“我如何用C语言做这个”的一个有效回答吗？（意译：作者对回答方式有所质疑，但也承认作者已经在评论中提供了这种回答）我宁愿选择C而不是C++。谢谢。 - Ed S.

@EdS。虽然您可能更喜欢C语言，但在许多情况下，C++更好，而这将是其中之一。我只是将其留作评论，以确定它是否是一个选项。 - Richard J. Ross III

@RichardJ.RossIII：C++更适合分配二维数组？ 呃？ 我不这么认为，这在C中很容易实现，不需要C ++运算符重载。 - Ed S.

看看我的答案，与其他人不同，它实际上做了你要求的事情。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 1

如果你想分配某种类型的数组，你需要将它分配给该类型的指针。

由于2D数组是数组的数组（在您的情况下，是512个256个字符的数组），因此您应该将其分配给指向256个字符的数组的指针：

char (*arr)[256]=malloc(512*256);
//Now, you can, for example:
arr[500][200]=75;

（将 *arr 周围的圆括号添加是为了将其转换为指向数组的指针，而不是指针数组。）

- asaelr

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+1，不知怎么的，我在写答案的时候错过了你发的这个。 :-) - R.. GitHub STOP HELPING ICE

需要注意的是，自C99版本以后，维度不再需要在编译时知道。你可以从标准输入读取n和m的值，并声明一个char arr[n][m]数组，或者在这种情况下使用char (*arr)[n]。 - Kos

Answer 2

假设你不需要与古老的C89标准兼容（目前只有MSVC和一些嵌入式目标编译器是如此过时的）。以下是如何实现：

int (*array)[cols] = malloc(rows * sizeof *array);

对于任何 a 在 [0, rows) 和 b 在 [0, cols) 的值，array[a][b] 是有效的。

在C标准语言中，array 具有可变修改类型。如果您想把指针传递给其他函数，则需要在函数参数列表中重复这种类型，并确保至少传递了列数作为函数的一部分（因为它是可变修改类型的一部分）。

编辑： 我错过了 OP 只关心固定大小为 512x256 的事实。在这种情况下，C89 就足够了，你只需要：

int (*array)[256] = malloc(512 * sizeof *array);

如果你需要在函数之间传递指针，那么完全相同的类型可以在函数参数列表中使用（也可以作为函数返回类型，但是对于这种情况，你可能需要使用typedef... :-)）

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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你在一般情况下是正确的，但是OP只想要512*256的数组。 - asaelr

实际上，这个答案非常好。虽然我现在只需要512*256，但我很容易看到这个需求在未来会发生变化。 - Paul

我喜欢通用案例方法，但是有一件事情我还没有理解。它是否仍然需要循环遍历外部数组以释放所有内部指针？还是只需要一个free()调用？ - sacheie

@sacheie：对于每个malloc，您只能调用一次free；这是绝对正确的。array不是指针数组，而是数组的数组。每个array[i]衰减为指向其第一个元素的指针，但array[i]是一个数组。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 3

如果您像这样分配数组，则需要两次调用free，但它允许使用array[a][b]样式语法，并且是连续的。

char **array = malloc(512 * sizeof(char *));
array[0] = malloc(512*256);
for (int i = 1; i < 512; i++)
    array[i] = array[0] + (256 * i);

更多信息请查看这里的array2: http://c-faq.com/aryptr/dynmuldimary.html

- Matt Eckert

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你可以将数据块放在 dope 向量之后，以组合这两个分配。 需要进行一定程度的繁琐类型转换，但并不难。 但是，如所示的代码存在严重的错误：你为 512 个 char 分配了空间，然后将其视为足够容纳 512 个 char * 的空间。 这几乎肯定会超出分配的末尾并导致崩溃。 - zwol

这不是一个二维数组，而是一个指针数组。它有一些优点（您可以在 O(1) 的时间复杂度内对行进行置换，而不是 O(cols）），也有一些缺点（每次访问都更加昂贵，因为需要经过额外的间接级别；需要更多的内存等）。无论如何，如果您采用这种方法，请考虑使用 Zack 建议的单个 malloc。这简化了错误处理（无需清除部分失败的情况），并确保内存局部性。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 4

由于您事先知道数组的大小，因此可以创建一个包含521x256数组的struct类型，然后动态分配struct。

- trutheality

Answer 5

可以动态分配与多维数组相同类型的数组。

static char x[512][256];

这个东西是给你的，但由于类型衰变的原因它有点棘手。我只知道如何通过 typedef 来实现：

typedef char row[512];
row *x = malloc(sizeof(row) * 256);

这只能让您在运行时确定第二个维度的大小。如果两个维度都可以在运行时变化，那么您需要一个dope向量。

- zwol

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这个也错过了。请注意，除非您受限于C89，否则两个维度都可以变化；您只需要使用可变修改的指针类型即可。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 6

如果你知道数组的大小，你可以使用 typedef 来定义它，并创建一个指向它的指针。下面是一个简短的示例，演示了这种用法：

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

typedef int array2d[20][20];

int main() {
    int i,j;
    array2d *a = malloc(sizeof(array2d));
    for(i=0;i!=20;i++)
        for(j=0;j!=20;j++)
            (*a)[i][j] = i + j;

    for(i=0;i!=20;i++)
        for(j=0;j!=20;j++)
            printf("%d ",(*a)[i][j]);
    free(a);
    return 0;
}

- Sergey Kalinichenko

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有趣的解决方案，你能想出如何使用动态数组来实现吗？ - Richard J. Ross III

@RichardJ.RossIII 很不幸，这对于动态大小的数组是不起作用的，因为typedef需要两个维度的编译时常量。你能做的最好的事情就是使一个维度固定而另一个维度是动态的，但它并不能完全实现动态化。 - Sergey Kalinichenko

typedef是不必要的，实际上在typedef中放置两个维度是有害的，因为你会被困在使用(*a)而不是简单的a的地方。如果你只放置列数，它会工作得更好。当然，在C99中，你可以使类型可变修改；我相信只要typedef具有块范围而不是文件范围，这甚至在typedef中也是有效的。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 7

所有的回答都很好。我只想为像我这样喜欢使用旧编译器（如Turbo C）和旧机器进行16位“复古”编程的老怪物添加一点内容。可变长度数组很棒，但并非必需。

    char (*array)[81];
    int lineCount;

    /* Go get your lineCount.*/
    lineCount = GetFileLines("text.fil");

    array = malloc(lineCount * 81);

这就是我们在早期实现“VLA”的方式。它的工作原理与现在完全相同。

    char (*array)[81] = malloc(lineCount * 81);  /* error pre C99 */

没有 VLA 的奢侈。

只是我陈旧而发黑的 2 分钱。

- user15340274