C 中的可变大小矩阵

Question

有没有办法在 C （不是 C++，只是 C）中创建可变大小的双脚本数组？我知道要创建一个可变大小的单脚本数组，您只需使用一个指针，例如

float *array;
array = (float *) calloc(sizeof(float), n);

创建一个大小为 n 的浮点数的单脚本数组。我可以为双脚本数组做类似的事情吗？

Answer 1

我很惊讶没有人指出“明显”的替代方案，它保留主矩阵的单个连续分配，但具有给出双下标的指针向量。 （我想这意味着它并不明显。）

float **array2d = malloc(sizeof(*array2d) * height);
float  *array1d = malloc(sizeof(*array1d) * height * width);

for (i = 0; i < height; ++i)
    array2d[i] = &array1d[i * width];

现在您可以像往常一样编写二维数组访问：

array2d[0][0] = 123.0;

显然，我们还需要检查内存分配。

Answer 2

geeksforgeeks.com 中给出了一种更简单的方法“使用指向 VLA 第一行的指针”：

int (*arr)[col] = calloc(row, sizeof *arr);

然后您可以像这样简单地访问每个元素

arr[i][j]

Answer 3

C 中没有双脚本数组；只有数组的数组。例如：

int a[3][3];

应该读作“3 个整数数组的数组”，而不是“3x3 整数数组”。这从表达式的类型中可以立即看出 - 例如，a[0] 是一个有效的表达式，其类型为 int[3]。

对于数组类型，数组大小是类型的一部分，因此必须在编译时知道。因此，虽然您可以使用“指向数组的指针”类型来使一维动态化，但仍然需要修复其余的维度：

int (*p)[3] // pointer to arrays of 3 ints each

有两种传统的解决方法：

1. 只需使用 的单维动态数组width x height 元素，并根据 2D 坐标计算 1D 索引，如 (y * width + x) 。

2. 使用指针到指针：

   int** a = malloc(sizeof(int*) * height);
   for (i = 0; i < height; ++i) a[i] = malloc(sizeof(int) * width);
   a[0][0] = 123;
   ...
   

   这里的问题是你的数组不再需要是矩形的，而且你不能真正强制它。从性能角度来看，它也比单个连续的内存块更差。

在C99中，还可以使用变长数组：

void foo(int width, int height) {
    int a[width][height];
    ...
}

Answer 4

comp.lang.c FAQ对此有很好的部分。

Answer 5

对于多维数组，您几乎可以做同样的事情。

float **array;
array = calloc(sizeof(float*), n);
for(int i = 0; i < n; i++)
{
    array[i] = calloc(sizeof(float), n);
}

Answer 6

如果你想要一个 n 行 m 列的矩阵，那么你可以使用长度 m*n 的线性数组来表示它，其中每个索引 i 表示

row = i  / n
col = i  % n

和逆映射

i  = row * n  + col

大多数使用矩阵（如 matlab）的代数包实际上都使用这种表示形式，因为它可以很好地推广到任何维度（您也可以将其推广到 3 维矩阵）。

Answer 7

不，那不可能。作为替代方案，分配一个数组，并定义一个索引函数，该函数获取坐标并返回数组的索引。

int Index(int i, int j, int numCols)
{ 
    return i * numCols + j;
}

int numRows = 100;
int numCols = 200;

float *data = malloc(sizeof(float) * numRows * numCols);

data[Index(34, 56, numCols)] = 42.0f;

Answer 8

您可以使用 C99 可变长度数组（与 gcc 一起使用）：

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

void foo(size_t rows, size_t cols, float array[rows][cols])
{
    printf("%f\n", array[2][3]);
}

int main(void)
{
    size_t rows = 4;
    size_t cols = 5;
    float (*array)[cols] = calloc(sizeof (float), rows * cols);
    array[2][3] = 42;
    foo(rows, cols, array);
}