C++中2D布尔数组的初始化

Question

我不经常使用C语言，最近遇到了二维数组初始化问题而感到困惑。我需要调试别人的代码，但卡在了以下代码（原始代码）：

const int location_num = 10000;
bool **location_matrix;
if (node_locations)
    {
        location_matrix = (bool **)malloc(location_num*sizeof(bool *));
        if (!location_matrix)
        {
                cout<<"error 1 allocating location_matrix" << endl;
                exit;
        }
        for (i=0; i<location_num; i++)
        {
                location_matrix[i] = (bool *) malloc(location_num*sizeof(bool ));
                if (!location_matrix[i])
                {
                        cout<<"error 2 allocating location_matrix" << endl;
                        exit;
                }
                for (j=0; j<location_num; j++)
                        location_matrix[i][j] = false;
        }
    }

我觉得它是多余的，所以我将其改为如下：

location_matrix[location_num][location_num] = { {false} };

然而，运行时出现分段错误。 我的问题是：上述代码失败的原因是什么？如果看起来没问题，动态分配和静态分配有什么区别？只是因为维数可能不是常量，所以我们需要动态分配吗？ 另外，仅仅出于好奇，我该如何malloc存储指针的2d数组？谢谢。

- Shang Wang

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‰Ω†‰∏∫‰ªÄ‰πà‰ΩøÁî®malloc(n * sizeof(T))ËÄå‰∏çÊòØnew T[n]Ôºü - moshbear

Answer 1

改动可能需要约100MB（10,000 * 10,000 * 1）的堆栈空间，因此段错误很可能是由于堆栈溢出引起的。 编辑：我最初在答案中说了400MB，但@Mooing Duck指出bool很可能是1字节。 我想到的是Win32 BOOL（没有任何真正的原因），它被typedef为int。

- Mark Wilkins

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我不了解C语言，但在C++中，当内存耗尽时，系统会打印“bad alloc”错误信息。那么你是说，在C语言中，段错误也可以表示堆栈溢出吗？ - Shang Wang

这取决于编译器，但堆栈上的“分配”基本上是将堆栈指针加上一定值（或减去一定值……我现在忘记了它通常会向上还是向下）。如果未启用堆栈检查，则对超出有效堆栈的那个本地变量进行的任何读取/写入都将访问超出有效地址空间的内存，这可能会导致分段错误。 - Mark Wilkins

@MarkWilkins：我认为（在大多数实现中）bool只有1个字节。不过，StackOverflow似乎很可能。 - Mooing Duck

@Mooing Duck：那可能是真的。我会编辑它。我没有什么好的理由，只是基于Win32 BOOL，它是4个字节。 - Mark Wilkins

Answer 2

我认为这段代码没有任何问题。

以下代码无法正常工作，因为location_matrix未分配：

location_matrix[location_num][location_num] = { {false} };

GCC将允许以下内容（作为扩展）：

bool location_matrix[location_num][location_num] = { {false} };

但是由于 10000 x 10000 太大了，所以它会让你的程序崩溃。

目前，你的代码使用了动态分配。这是正确的做法，因为矩阵太大了，不能用静态数组来完成（并且可能会溢出堆栈）。

至于你最后一个问题：“如何制作一个存储指针的2D数组”：它可以和你当前的代码几乎一样。只需将 bool 更改为 int* 即可。

因此，一个由 NULL int 指针组成的2D数组将如下所示：

int ***location_matrix;
if (node_locations)
{
    location_matrix = (int***)malloc(location_num*sizeof(int**));
    if (!location_matrix)
    {
            cout<<"error 1 allocating location_matrix" << endl;
            exit;
    }
    for (i=0; i<location_num; i++)
    {
            location_matrix[i] = (int**) malloc(location_num*sizeof(int*));
            if (!location_matrix[i])
            {
                    cout<<"error 2 allocating location_matrix" << endl;
                    exit;
            }
            for (j=0; j<location_num; j++)
                    location_matrix[i][j] = NULL;
    }
}

- Mysticial

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location_num是编译时初始化的本地const int，所以这段代码应该可以在C++中运行（即使没有编译器扩展），除非我眼前一花。 - Konrad Rudolph

@KonradRudolph：我指的是数组初始化器作为GCC扩展。 - Mysticial

初始化器看起来对我来说没问题。现在，你当然是对的，关于大小。 - Konrad Rudolph

Answer 3

标准库是你的好朋友。

#include <vector>

int
main()
{
  int location_num = 1000;
  std::vector<std::vector<bool> > location_matrix(location_num, std::vector<bool>(location_num, false));
}

- emsr

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请注意，vector<bool> 存在问题 - 它实际上不是一个 bool 数组。标准库专门为 vector<bool> 进行了特化，以尝试将位打包成动态位集。如果您真的需要一个 bool 数组，以便 .data() 给您一个指向 bool* 的指针，则可以使用 std::deque<bool>。 - emsr

Answer 4

其次，数组可能太大而无法放在堆栈上，因此您需要动态分配它--但只要二维数组和指针数组的区别不是问题（如果您需要将该数组传递给函数或对其使用指针算术，则会成为问题），则可以简化代码。

您可以使用以下类似代码：

bool (*location_matrix)[location_num];

location_matrix = (bool (*)[location_num])calloc( location_num, 
                                                  location_num * sizeof(bool) );

该函数为整个二维数组分配空间，并返回一个指向由bool数组构成的数组的指针，每个数组包含location_num个元素。

- Dmitri