如何动态分配矩阵？

Question

如何在 C++ 中动态分配二维矩阵？ 我根据我已经知道的情况进行了尝试：

#include <iostream>

int main(){
    int rows;
    int cols;
    int * arr;
    arr = new int[rows][cols];
 }

它适用于一个参数，但现在适用于两个参数。我应该怎么办？

Answer 1

矩阵实际上可以表示为数组的数组。

int rows = ..., cols = ...;
int** matrix = new int*[rows];
for (int i = 0; i < rows; ++i)
    matrix[i] = new int[cols];

当然，要删除矩阵，您应该执行以下操作：

for (int i = 0; i < rows; ++i)
    delete [] matrix[i];
delete [] matrix;

---

我刚刚想到了另一种可能性：

int rows = ..., cols = ...;
int** matrix = new int*[rows];
if (rows)
{
    matrix[0] = new int[rows * cols];
    for (int i = 1; i < rows; ++i)
        matrix[i] = matrix[0] + i * cols;
}

释放该数组更容易：

if (rows) delete [] matrix[0];
delete [] matrix;

该解决方案的优点是为所有元素分配一个大内存块，而不是几个小内存块大块。不过，我发布的第一个解决方案是数组的数组概念的更好示例。

Answer 2

您还可以使用 std::vectors 来实现此目的：

使用： 'std::vector< std::向量>'

例子：

#include <vector>
std::vector< std::vector<int> > a;
  
  //m * n is the size of the matrix

    int m = 2, n = 4;
    //Grow rows by m
    a.resize(m);
    for(int i = 0 ; i < m ; ++i)
    {
        //Grow Columns by n
        a[i].resize(n);
    }
    //Now you have matrix m*n with default values

    //you can use the Matrix, now
    a[1][0]=1;
    a[1][1]=2;
    a[1][2]=3;
    a[1][3]=4;

//OR
for(i = 0 ; i < m ; ++i)
{
    for(int j = 0 ; j < n ; ++j)
    {      //modify matrix
        int x = a[i][j];
    }

}

Answer 3

尝试 boost::multi_array

#include <boost/multi_array.hpp>

int main(){
    int rows;
    int cols;
    boost::multi_array<int, 2> arr(boost::extents[rows][cols] ;
}

Answer 4

arr = new int[cols*rows];

如果您不介意语法

arr[row * cols + col] = Aij;

或在某处使用运算符[]重载。这可能比数组数组更适合缓存，也可能不是，更可能的是您不应该关心它。我只是想指出a）数组的数组不仅仅是解决方案，b）如果矩阵位于一个内存块中，一些操作更容易实现。例如

for(int i=0;i < rows*cols;++i)
   matrix[i]=someOtherMatrix[i];

短一行

for(int r=0;i < rows;++r)
  for(int c=0;i < cols;++s)
     matrix[r][c]=someOtherMatrix[r][c];

，比向此类矩阵添加行更痛苦的情况

Answer 5

const int nRows = 20;
const int nCols = 10;
int (*name)[nCols] = new int[nRows][nCols];
std::memset(name, 0, sizeof(int) * nRows * nCols); //row major contiguous memory
name[0][0] = 1; //first element
name[nRows-1][nCols-1] = 1; //last element
delete[] name;

Answer 6

 #include <iostream>

    int main(){
        int rows=4;
        int cols=4;
        int **arr;

        arr = new int*[rows];
        for(int i=0;i<rows;i++){
           arr[i]=new int[cols];
        }
        // statements

        for(int i=0;i<rows;i++){
           delete []arr[i];
        }
        delete []arr;
        return 0;
     }

Answer 7

或者您可以只分配一个 1D 数组，但以 2D 方式引用元素：

寻址第 2 行、第 3 列（左上角为第 0 行、第 0 列）：

arr[2 * MATRIX_WIDTH + 3]

其中 MATRIX_WIDTH 是元素的数量连续。

Answer 8

这是最清楚的&我知道在 C++ 中分配动态二维数组的直观方法。本示例中的模板涵盖了所有情况。

template<typename T> T** matrixAllocate(int rows, int cols, T **M)
{
    M = new T*[rows];
    for (int i = 0; i < rows; i++){
        M[i] = new T[cols];
    }
    return M;
}

... 

int main()
{
    ...
    int** M1 = matrixAllocate<int>(rows, cols, M1);
    double** M2 = matrixAllocate(rows, cols, M2);
    ...
}

Answer 9

描述数组数组的另一个答案是正确的。
但是，如果您计划使用数组进行任何数学运算 - 或者需要一些特殊的东西（例如稀疏矩阵），您应该查看许多数学库之一，例如 TNT 在重新发明太多轮子之前

Answer 10

如果您不需要任何数学运算符，我有这个网格类可以用作简单的矩阵。

/**
 * Represents a grid of values.
 * Indices are zero-based.
 */
template<class T>
class GenericGrid
{
    public:
        GenericGrid(size_t numRows, size_t numColumns);

        GenericGrid(size_t numRows, size_t numColumns, const T & inInitialValue);

        const T & get(size_t row, size_t col) const;

        T & get(size_t row, size_t col);

        void set(size_t row, size_t col, const T & inT);

        size_t numRows() const;

        size_t numColumns() const;

    private:
        size_t mNumRows;
        size_t mNumColumns;
        std::vector<T> mData;
};


template<class T>
GenericGrid<T>::GenericGrid(size_t numRows, size_t numColumns):
    mNumRows(numRows),
    mNumColumns(numColumns)
{
    mData.resize(numRows*numColumns);
}


template<class T>
GenericGrid<T>::GenericGrid(size_t numRows, size_t numColumns, const T & inInitialValue):
    mNumRows(numRows),
    mNumColumns(numColumns)
{
    mData.resize(numRows*numColumns, inInitialValue);
}


template<class T>
const T & GenericGrid<T>::get(size_t rowIdx, size_t colIdx) const
{
    return mData[rowIdx*mNumColumns + colIdx];
}


template<class T>
T & GenericGrid<T>::get(size_t rowIdx, size_t colIdx)
{
    return mData[rowIdx*mNumColumns + colIdx];
}


template<class T>
void GenericGrid<T>::set(size_t rowIdx, size_t colIdx, const T & inT)
{
    mData[rowIdx*mNumColumns + colIdx] = inT;
}


template<class T>
size_t GenericGrid<T>::numRows() const
{
    return mNumRows;
}


template<class T>
size_t GenericGrid<T>::numColumns() const
{
    return mNumColumns;
}

Answer 11

使用双指针是迄今为止执行速度/优化和易读性之间的最佳折衷方案。使用单个数组来存储矩阵的内容实际上就是双指针的作用。

我已经成功使用了以下模板化创建器函数（是的，我知道我使用旧的 C 风格指针引用，但它确实使调用方的代码在更改参数方面更加清晰 - 我喜欢指针，而这是不可能的您会明白我的意思）：

///
/// Matrix Allocator Utility
/// @param pppArray Pointer to the double-pointer where the matrix should be allocated.
/// @param iRows Number of rows.
/// @param iColumns Number of columns.
/// @return Successful allocation returns true, else false.
template <typename T>
bool NewMatrix(T*** pppArray, 
               size_t iRows, 
               size_t iColumns)
{
   bool l_bResult = false;
   if (pppArray != 0) // Test if pointer holds a valid address.
   {                  // I prefer using the shorter 0 in stead of NULL.
      if (!((*pppArray) != 0)) // Test if the first element is currently unassigned.
      {                        // The "double-not" evaluates a little quicker in general.
         // Allocate and assign pointer array.
         (*pppArray) = new T* [iRows]; 
         if ((*pppArray) != 0) // Test if pointer-array allocation was successful.
         {
            // Allocate and assign common data storage array.
            (*pppArray)[0] = new T [iRows * iColumns]; 
            if ((*pppArray)[0] != 0) // Test if data array allocation was successful.
            {
               // Using pointer arithmetic requires the least overhead. There is no 
               // expensive repeated multiplication involved and very little additional 
               // memory is used for temporary variables.
               T** l_ppRow = (*pppArray);
               T* l_pRowFirstElement = l_ppRow[0];
               for (size_t l_iRow = 1; l_iRow < iRows; l_iRow++)
               {
                  l_ppRow++;
                  l_pRowFirstElement += iColumns;
                  l_ppRow[0] = l_pRowFirstElement;
               }
               l_bResult = true;
            }
         }
      }
   }
}

要取消分配使用上述实用程序创建的内存，只需反向取消分配即可。

///
/// Matrix De-Allocator Utility
/// @param pppArray Pointer to the double-pointer where the matrix should be de-allocated.
/// @return Successful de-allocation returns true, else false.
template <typename T>
bool DeleteMatrix(T*** pppArray)
{
   bool l_bResult = false;
   if (pppArray != 0) // Test if pointer holds a valid address.
   {
      if ((*pppArray) != 0) // Test if pointer array was assigned.
      {
         if ((*pppArray)[0] != 0) // Test if data array was assigned.
         {
               // De-allocate common storage array.
               delete [] (*pppArray)[0];
            }
         }
         // De-allocate pointer array.
         delete [] (*pppArray);
         (*pppArray) = 0;
         l_bResult = true;
      }
   }
}

使用上述模板函数非常简单（例如）：

   .
   .
   .
   double l_ppMatrix = 0;
   NewMatrix(&l_ppMatrix, 3, 3); // Create a 3 x 3 Matrix and store it in l_ppMatrix.
   .
   .
   .
   DeleteMatrix(&l_ppMatrix);