LPC 9. Multi-dimensional Arrays
Last Edit: 3/25/25
在之前介绍了 Array 的使用，但那些都是对于 One-Dimensional Arrays 的，但是引入 Multi-Dimension 也非常重要
9.1 Why and How to use 2D Array #
- 最常见的 2D Array 就是 Table，它可以用两个维度表示一个数据
9.1.1 How to Create #
9.1.1.1 Declaration Only #
- 回顾 1D Array，Declare 它的方法为
int array[6];，其中 6 就是 Array 的 Size - 对于 2D 也一样，只要一下给两个维度的 Size 就行了
int array[2][3]; - 在 Declare 后，需要一个个给 Array 赋值
myArray[0][0] = 1;
myArray[0][1] = 2;
myArray[0][2] = 3;
myArray[1][0] = 4;
myArray[1][1] = 5;
myArray[1][2] = 6;
就能得到以下效果
- 一个更加常用的方法就是通过 Nested For Loop
#include <stdio.h>
int main(void) {
int myArray[3][4];
for (int row = 0; row < 3; row++) {
for (int col = 0; col < 4; col++) {
myArray[row][col] = row * 4 + col;
printf("myArray[%d][%d] = %d\n", row, col, myArray[row][col]);
}
}
return 0;
}
- 通过遍历 Array 的 Row Size 和 Column Size 来遍历后依次赋值
9.1.1.2. Declaration and Initialization #
- 但是还是直接在 Declare 的时候 Initialize 会更加方便，对于 1D Array 他的操作为
int myArray[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6}; - 2D 的情况下则多加一个 {}，有
int array[][] = {{1,2,3},{4,5,6}};, 也可以用一个括号int myArray[2][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};，这种情况下，编译器会以 Row Major Order 也就是行优先的方式填充，也就是一行一行输入 - 在只指定了行和列中的一个参数的情况下，编译器会自动算出另外一个维度的数自行填充
9.1.2 2D Array’s Memory #
- 一般来说 Array 在内存中都是按照顺序依次储存的，对于 C 语言中的 Array 来说则是 Row Major 的，也就是
[0][0],[0][1],[0][2]的顺序
- 同 1D 的 Pointer 一样，
array[0][0]都会指向第一个 Element 的 Pointer，也就是 Base Address，之后通过&myArray[i][j] = &myArray[0][0] + (i * number_of_columns + j) * sizeof(int);也就可以算出第 i 个元素的 Memory Address 了 - 但是对于 2D Array 来说，它同时是指向第一个 Element 的 Pointer，也是指向第一行的，一般来说
*myArray访问到[0][0]元素，相当属于是在访问*(myArray + 0)，而*(myArray + 1)则会直接访问到第二行 - 想要访问到第一行的第二个元素，则需要
*((myArray + 0)+1)来访问，也就是说***(*(myArray + i) + j)** 访问具体的元素，相当于myArray[i][j]
9.2. How do we pass a 2D array to a function? #
- 与 1D 的传入参数一样，2D 下的 Array 也需要一个 Size，现在定义一个简单的 Function 为
void func(int arr2D[][], int rows, int cols){
arr2D[4][5] = 6;
// should go dereference the address:
// arr2D + row (= 4) * number of columns + col (= 5)
// the number of columns is unknown!!!
}
- 这是 Function 目前是有问题的，正确的语法需要通过 Specify Column 的数量在 arr2D 中
- 同时需要在
arr2D[][]前定义 cols，有正确格式
void func(int rows, int cols, int arr2D[][cols]){
arr2D[4][5] = 6;
// should go dereference the address:
// arr2D + row (= 4) * cols + col (= 5)
}
9.3 Dynamic Memory Allocation of 2D Arrays #
- 当不知道 Array 中存在 Element 数量，或者是希望 Life Time 更加灵活的时候，需要通过 Dynamic Memory Allocation 来调度内存
- 对于二维数组来说，存在三种 Dynamic Memory Allocation 的办法
9.3.1. Method 1: Dynamic Allocation of an array of pointers #
- 第一种办法是分配一组 Array of pointers，其中每一个 Element Pointer 指向二维数组的一行
int** arr = (int**) malloc(3 * sizeof(int*));
- 这里，
int** arr是一个指向指针的指针，即double pointer 双重指针 - 这个语句通过
malloc函数分配了一个足够容纳三个int*指针的空间，每个指针将指向一个整数数组的首元素。这样，arr就可以通过索引访问每一行的起始地址 - 第二步是给每一行分配一个对应的一位数组
- 接下来就是给每一个 Element 赋值，用 Pointer 或者 Array 的访问方式都是可以的
for (int row = 0; row < 3; row++) {
for (int col = 0; col < 4; col++) {
*( *(arr + row) + col) = row * 4 + col + 1;
// 或者
arr[row][col] = row * 4 + col + 1;
}
}
- 最后还需要 Free Memory，根据从里往外的顺序定义，先释放每一行所占内存
for (int row = 0; row < 3; row++) {
free(*(arr + row));
// OR
// free(arr[row]);
arr[row] = NULL;
}
- 然后再释放最外层的 Array of pointers
free(arr);
arr = NULL;
9.3.2. Method 3: Dynamic Allocation of a 1D array #
- 首先动态分配一个足够大的一维数组来存储所有元素，具体大小由所有 Element 的个数决定，这样就能存储整个二维数组的数据
- 由于数组是一维的，直接使用一维索引访问，计算方式为
*(arr + row * cols + col)。这里，row * cols计算当前行之前的所有元素总数，col是当前行中的列索引 - 最后只需要
free(arr);就可以释放整个 Array 了
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int rows = 3, cols = 4;
int* arr = (int*)malloc(rows * cols * sizeof(int)); // 为整个二维数组分配一维数组空间
// 使用一维索引填充数组
for (int row = 0; row < rows; row++) {
for (int col = 0; col < cols; col++) {
*(arr + row * cols + col) = row * cols + col + 1;
}
}
free(arr); // 释放分配的内存
return 0;
}