传递嵌套 C++矢量作为内置样式多维数组

Question

如果我在 C++ 中有一个向量，我知道我可以安全地将它作为数组传递（指向所包含类型的指针）：

void some_function(size_t size, int array[])
{
    // impl here...
}

// ...
std::vector<int> test;
some_function(test.size(), &test[0]);

使用嵌套向量执行此操作安全吗？

void some_function(size_t x, size_t y, size_t z, int* multi_dimensional_array)
{
    // impl here...
}

// ...

std::vector<std::vector<std::vector<int> > > test;
// initialize with non-jagged dimensions, ensure they're not empty, then...
some_function(test.size(), test[0].size(), test[0][0].size(), &test[0][0][0]);

编辑：

如果不安全，有哪些替代方案，如果我可以更改 some_function 的签名，如果我不能？

Answer 1

简短的回答是“不”。

这里的元素 std::vector; > > test; 不会在连续内存区域中被替换。

Answer 2

您只能期望 multi_Dimension_array 指向大小为 test[0][0].size() * sizeof(int) 的连续内存块。但这可能不是您想要的。

Answer 3

获取向量中任何位置的地址并传递它是错误的。它可能看起来有效，但不要指望它。

原因与向量是向量而不是数组的原因密切相关。与数组不同，我们希望向量能够动态增长。我们希望对向量的插入是一个恒定的成本，而不是依赖于向量的大小，就像数组一样，直到达到分配的数组大小。

那么魔法是如何发挥作用的呢？当没有更多的内部空间来向向量添加下一个元素时，将分配一个两倍于旧空间大小的新空间。旧空间被复制到新空间，旧空间不再需要或不再有效，这使得指向旧空间的任何指针悬空。分配了两倍的空间，因此插入向量的平均成本是恒定的。

Answer 4

使用嵌套向量执行此操作安全吗？

是的，如果您只想访问最内部向量，并且只要您知道它包含的元素数量，并且您不会尝试访问更多元素。

但是看到你的函数签名，你似乎想要访问所有三个维度，在这种情况下，不，这是无效的。

另一种方法是，您可以为每个最内部向量调用函数some_function(size_t size, int array[])（如果这可以解决您的问题）；为此你可以做这个技巧（或类似的东西）：

void some_function(std::vector<int> & v1int)
{
    //the final call to some_function(size_t size, int array[]) 
    //which actually process the inner-most vectors
    some_function(v1int.size(), &v1int[0]);
}
void some_function(std::vector<std::vector<int> > & v2int)
{
    //call some_function(std::vector<int> & v1int) for each element!
    std::for_each(v2int.begin(), v2int.end(), some_function);
}

//call some_function(std::vector<std::vector<int> > & v2int) for each element!
std::for_each(test.begin(), test.end(), some_function);

Answer 5

一种非常简单的解决方案是将嵌套向量的内容简单地复制到一个向量中并将其传递给该函数。但这取决于您愿意承担多少开销。

可悲的是：嵌套向量不是一个好的做法。将所有内容存储在连续内存中并管理访问的矩阵类确实更高效且不那么难看，并且可能允许类似 T*matrix::get_raw() 的内容，但内容的排序仍然是一个实现细节。

Answer 6

简单的回答——不，不是。你尝试编译这个吗？为什么不直接传递整个 3D 矢量作为参考呢？如果您尝试以这种方式访问​​旧的 C 代码，则不能。

Answer 7

传递向量或对其的引用会更安全：

void some_function(std::vector<std::vector<std::vector<int>>> & vector);

然后您可以获取函数内的大小和项目，从而减少出错的风险。您可以复制向量或传递指针/引用，具体取决于预期的大小和用途。

如果需要跨模块传递，那么就变得稍微复杂一些。

Answer 8

尝试使用 &top_level_vector[0] 并将其传递给需要 int* 的 C 风格函数是不安全的。

为了支持对多维数组的正确 C 风格访问，所有数组层次结构的所有字节都必须是连续的。在 c++ std::vector 中，这对于向量包含的项是正确的，但对于向量本身则不然。如果您尝试获取顶级向量的地址，ala &top_level_vector[0]，您将得到一个向量数组，而不是一个 int 数组代码>.

向量结构不仅仅是所包含类型的数组。它被实现为一个包含指针以及大小和容量簿记数据的结构。因此，问题的 std::vector > > 或多或少是一个结构的层次树，用指针缝合在一起。只有该树中的最终叶节点是连续 int 值块。并且每个内存块不一定与任何其他块相邻。

为了与 C 接口，您只能传递单个向量的内容。因此，您必须创建一个大小为 x * y * z 的 std::vector。或者，您可以决定重新构造 C 代码，以一次处理单个一维数据条带。然后你可以保留层次结构，只传递叶向量的内容。