取得动态二维数组

 在C语言中，有内置的一维数组，二维数组等多维数组，也可以使用动态分配内存的方式，很容易的得到一个

类似内置静态一维数组的动态数组（在这里我这么叫，也许并不存在这个定义 :)），但如何取得动态的二维

数据组呢？如果理解了C语言中对于数组指针的访问方式，那么实现一个自己的二维数组是很简单的。

下面首先理清一下一维数据指针的访问方式：

假设定义有如下定义:

#define DIMS 10

int Arr1[DIMS]

int *pArr1;

 

学过C语言的人都知道可以如下访问数据中的每一个元素：

Arr1[i] = xxxx;

同样理解数据即指针也可以知道：

pArr1 = Arr1;

for (int i = 0; i < DIMS; ++i)

{

    *pArr1 = xxxx;

    pArr1++;

}

这是一维的情况，那么二维呢？

对于静态的二维数组，三维数组等等都是很方便的

int Arr2[DIMS][DIMS];

int *pArr2;

for (int i = 0; i < DIMS; ++i)

{

    for (int j = 0; j < DIMS; ++j)

    {

        Arr2[i][j] = xxxx; //访问数组单元

    }

}

pArr2 = Arr2;

for (int i = 0; i < DIMS * DIMS; ++i)

{

    *pArr2++ = xxxx; //访问数组单元,并下移指针

}

三维方式差不多，在C语言中，静态多维数据其实就是一个平面数据，C语言编译器会将数据访问的形式翻译成

内存访问的形式。

比如：

一维： Arr1[i]   ----> *(Arr1 + (i * sizeof(Arr1[0])))

二维： Arr2[i][j] ---> *(Arr2 + (i * sizeof(Arr2[0][0]) + n * sizeof(Arr2[0][0]))
       这里的n是二维数据的第二个下标的最大值

三维：方式与上类似，以数组首地址开始，计算数据偏移。
使用下标使用数组的方式，给人以清晰的感觉，两样可以增加写程序的复杂度，意味着可以减少错误的机率。
在一些情况下，使用静态的二维数据有着它的局限性，在大小未知的情况下，使用静态数组就不方便，有某些

情况下，会很耗费栈资源（静态数组在栈中分配），所以需要动态数组。对于一维的情况，可以像一维静态数

据那样使用，可是对于多维数组，如果只是像静态数组那样分配元素所需要的空间，那么就无法使用下标方式

访问数据。
int *pArr1, **pArr2;
pArr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * DIMS);
pArr2 = (int**)malloc(sizeof(int) * DIMS * DIMS);
...
pArr1[i] = xxx;  //正确
pArr2[i][j] = xxx; //错误

这里二维为什么有问题呢？
看一下反汇编指命：
65:       pArr2[4][5] = 10;
004011B8   mov         eax,dword ptr [ebp-4]  ;ebp-4是变量int **pArr2
004011BB   mov         ecx,dword ptr [eax+10h]  ;10h = 4 * sizeof(int) = 4 * 4
004011BE   mov         dword ptr [ecx+14h],0Ah  ;14h = 5 * 4
这三行汇编指命是在VC6.0下生成的。
第一行将变量地址存入EAX，然后将EAX移动到第四个偏移移到ECX，然后再取得第5个位置的数据，实现上这里

可以如下解析：
(pArr2[4])[5]
下面来看一下静态二维数据的汇编代码：
64:       Arr2[4][5] = 10;
004011AE   mov         dword ptr [ebp-0DCh],0Ah  ;0DCh = [(10-1) - 4]*40 + (5-1)*4 - 4
与上面相比，这里的方式有着很大的不同。静态二维数据是直接访问的，而动态方式，C语言并不认为是数组

，而是将其看成二次间接。
有了以上的基础之后，我想读者一定很快就知道如何去实现一个动态二维数据了。
首先建立一个行指针，指针行的数据，然后将行指针返回作为二维数据指针就OK了。
下面给出示意图：

这样就有一个问题，为申请一个二维数组，需要分配多次空间，这样会产生内存碎片，如是我想到了一种一次

性分配内存的方法。示意图如下：

最终实现代码如下：
Dyn2DimArr.h
-------------------------
#ifndef __DYN2DIMARR_HEADER_H__ #define __DYN2DIMARR_HEADER_H__ /** * 取得一个动态二维数组,可以使用[i][j]方式访问 * 返回一个二维数据指针 */ void** GetDyn2DimArr(int m, int n, int element_size); /** * 释放二维数据内存 */ void FreeDyn2DimArr(void **pArr2); #endif //~__DYN2DIMARR_HEADER_H__

Dyn2DimArr.c
-------------------------
#include <stdlib.h> #include <string.h> #include <assert.h> #include "Dyn2DimArr.h" void** GetDyn2DimArr(int m, int n, int element_size) { void *pMem = NULL; void **pMemOwner = NULL; int pt_size; int user_size, owner_size, line_size; int i; assert(m > 0 && n > 0); assert(element_size > 0); line_size = n * element_size; user_size = m * line_size; pt_size = sizeof(void*); owner_size = pt_size * m; pMem = malloc(user_size + owner_size); if(pMem == NULL) return NULL; memset(pMem, 0, user_size + owner_size); // 在这里转化成void**是有意义的,因为在ANSI C语言中不能实现void*的 // 的运算,尽管在GNU C中是可以的,但也是以char*作为运算尺寸的 // 转化成void**就相当于对一个指针的指针运算,也就是偏移一个位置就是 // 一个指针的大小,在这里不能假设大小为4,因为在64位平台,指针大小为8 pMemOwner = (void**)pMem + user_size / pt_size; for (i = 0; i < m; ++i) { pMemOwner[i] = (void**)pMem + (i * line_size / pt_size); } return pMemOwner; } void FreeDyn2DimArr(void **pArr2) { // 实现自己的内存释放是有好处的,如果以后内在分配是采用其它分配方式 // 可以不用修改客户代码,同样也可以避免客户知道其就是一个一维指针. free(pArr2[0]); }

好了，二维动态数组已经实现了，会不会有人问三维的呢？我想实现原理已经在这里，问题应该不大了吧。

为了方便使用，这里贴出测试代码，以可以使用的方式。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include "Dyn2DimArr.h" int main(int argc, char **argv) { int **Arr2; int *ArrLine; int *pData; int i, j; Arr2 = (int**)GetDyn2DimArr(8, 10, sizeof(int)); for (i = 0; i < 8; ++i){ for (j = 0; j < 10; ++j){ Arr2[i][j] = i << 8 | j; } } printf("使用Arr2[i][j]方式/n"); for (i = 0; i < 8; ++i){ for (j = 0; j < 10; ++j){ printf("(%d,%d) ", Arr2[i][j] >> 8, Arr2[i][j] & 0xFF); } printf("/n"); } printf("/n"); printf("使用Arr2[i]取得行指针ArrLine,再使用ArrLine[j]方式/n"); for (i = 0; i < 8; ++i){ ArrLine = Arr2[i]; for (j = 0; j < 10; ++j){ printf("(%d,%d) ", ArrLine[j] >> 8, ArrLine[j] & 0xFF); } printf("/n"); } printf("/n"); printf("使用Arr2[i]取得行指针ArrLine,再使用*ArrLine+偏移方式/n"); for (i = 0; i < 8; ++i){ ArrLine = Arr2[i]; for (j = 0; j < 10; ++j){ printf("(%d,%d) ", *ArrLine >> 8, *ArrLine & 0xFF); ++ArrLine; } printf("/n"); } printf("/n"); printf("使用Arr2[0]取得数据指针,直接使用全偏移方式访问所有数据/n"); pData = Arr2[0]; //这里不能直接使用Arr2,这是与静态二维数组不同的地方 for (i = 0; i < 8; ++i){ for (j = 0; j < 10; ++j){ printf("(%d,%d) ", *pData >> 8, *pData & 0xFF); ++pData; } printf("/n"); } FreeDyn2DimArr(Arr2); Arr2 = NULL; return 0; }

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