如何为二维数组分配和释放堆内存？

Posted 2023-02-23

【中文标题】如何为二维数组分配和释放堆内存？

【英文标题】：How to allocate and deallocate heap memory for 2D array?

【发布时间】：2011-11-05 12:35:11

【问题描述】：

我习惯了 php，但我开始学习 C。我正在尝试创建一个程序，它可以逐行读取文件并将每一行存储到一个数组中。

到目前为止，我有一个程序可以逐行读取文件，甚至打印每一行，但现在我只需要将每一行添加到一个数组中。

昨晚我的朋友告诉了我一些关于这件事的事情。他说我必须在 C 中使用多维数组，所以基本上是array[x][y]。 [y] 部分本身很简单，因为我知道每行的最大字节数。但是，我不知道该文件将有多少 行。

我想我可以让它循环遍历文件，每次只增加一个整数并使用它，但我觉得可能有更简单的方法。

有任何想法甚至是正确方向的提示吗？感谢您的帮助。

【问题讨论】：

以后可以使用realloc函数来改变数组的大小。

我会去查找那个函数并尝试考虑如何实现它，我会回复你，谢谢

【参考方案1】：

您可以使用malloc 和realloc 函数动态分配和调整指向char 的指针数组，并且数组的每个元素都将指向从文件中读取的字符串（该字符串的存储位置是也动态分配）。为简单起见，我们假设每行的最大长度小于 M 个字符（包括换行符），因此我们不必对各个行进行任何动态调整大小。

每次扩展数组时，您都需要手动跟踪数组大小。一种常见的技术是每次扩展时将数组大小加倍，而不是按固定大小扩展；这最大限度地减少了对realloc 的调用次数，这可能是昂贵的。当然，这意味着您必须跟踪两个数量；数组的总大小和当前读取的元素个数。

例子：

#define INITIAL_SIZE ... // some size large enough to cover most cases

char **loadFile(FILE *stream, size_t *linesRead)

  size_t arraySize = 0;   
  char **lines = NULL;
  char *nextLine = NULL;

  *linesRead = 0;

  lines = malloc(INITIAL_SIZE * sizeof *lines);
  if (!lines)
  
    fprintf(stderr, "Could not allocate array\n");
    return NULL;
  

  arraySize = INITIAL_SIZE;

  /**
   * Read the next input line from the stream.  We're abstracting this
   * out to keep the code simple.
   */
  while ((nextLine = getNextLine(stream)))  
  
    if (arraySize <= *linesRead)
    
      char **tmp = realloc(lines, arraysSize * 2 * sizeof *tmp);
      if (tmp)
      
        lines = tmp;
        arraySize *= 2;
      
    
    lines[(*linesRead)++] = nextLine;
  )

  return lines;

【参考方案2】：

虽然多维数组可以解决这个问题，但矩形二维数组并不是真正的自然 C 解决方案。

这是一个程序，它最初将文件读入一个链表，然后分配一个大小合适的指针向量。然后每个单独的字符确实显示为array[line][col]，但实际上每一行只是它需要的长度。除了<err.h>，它是 C99。

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

typedef struct strnode 
  char *s;
  struct strnode *next;
 strnode;

strnode *list_head;
strnode *list_last;

strnode *read1line(void) 
  char space[1024];
  if(fgets(space, sizeof space, stdin) == NULL)
    return NULL;
  strnode *node = malloc(sizeof(strnode));
  if(node && (node->s = malloc(strlen(space) + 1))) 
    strcpy(node->s, space);
    node->next = NULL;
    if (list_head == NULL)
      list_head = node;
    else
      list_last->next = node;
    list_last = node;
    return node;
  
  err(1, NULL);


int main(int ac, char **av) 
  int n;
  strnode *s;

  for(n = 0; (s = read1line()) != NULL; ++n)
    continue;
  if(n > 0) 
    int i;
    strnode *b;
    char **a = malloc(n * sizeof(char *));
    printf("There were %d lines\n", n);
    for(b = list_head, i = 0; b; b = b->next, ++i)
      a[i] = b->s;
    printf("Near the middle is: %s", a[n / 2]);
  
  return 0;

【参考方案3】：

这里不用数组，也可以用链表，代码比较简单，但是分配比较频繁，容易产生碎片。

只要你不打算做太多的随机访问（这里是 O(n)），迭代就和普通数组一样简单。

typedef struct Line Line;
struct Line
    char text[LINE_MAX];
    Line *next;
;

Line *mkline()

    Line *l = malloc(sizeof(Line));
    if(!l)
       error();
    return l;


main()

    Line *lines = mkline();
    Line *lp = lines;
    while(fgets(lp->text, sizeof lp->text, stdin)!=NULL)
         lp->next = mkline();
         lp = lp->next;
    
    lp->next = NULL;

【参考方案4】：

C 中没有标准的可调整大小的数组类型。您必须自己实现它，或者使用第三方库。这是一个简单的简单示例：

typedef struct int_array

    int *array;
    size_t length;
    size_t capacity;
 int_array;

void int_array_init(int_array *array)

    array->array = NULL;
    array->length = 0;
    array->capacity = 0;


void int_array_free(int_array *array)

    free(array->array);
    array->array = NULL;
    array->length = 0;
    array->capacity = 0;


void int_array_push_back(int_array *array, int value)

    if(array->length == array->capacity)
    
        // Not enough space, reallocate.  Also, watch out for overflow.
        int new_capacity = array->capacity * 2;
        if(new_capacity > array->capacity && new_capacity < SIZE_T_MAX / sizeof(int))
        
            int *new_array = realloc(array->array, new_capacity * sizeof(int));
            if(new_array != NULL)
            
               array->array = new_array;
               array->capacity = new_capacity;
            
            else
                ; // Handle out-of-memory
        
        else
            ; // Handle overflow error
    

    // Now that we have space, add the value to the array
    array->array[array->length] = value;
    array->length++;

像这样使用它：

int_array a;
int_array_init(&a);

int i;
for(i = 0; i < 10; i++)
    int_array_push_back(&a, i);
for(i = 0; i < a.length; i++)
    printf("a[%d] = %d\n", i, a.array[i]);

int_array_free(&a);

当然，这仅适用于ints 的数组。由于 C 没有模板，因此您必须将所有这些代码放在每个不同类型数组的宏中（或使用不同的预处理器，例如 GNU m4）。或者，您可以使用一个通用数组容器，该容器使用void* 指针（要求所有数组元素都是malloc'ed）或不透明的内存blob，这需要对每个元素访问进行强制转换，并为每个元素使用memcpy元素获取/设置。

无论如何，它并不漂亮。二维数组就更丑了。

【参考方案5】：

动态分配二维数组：

char **p;
int i, dim1, dim2;


/* Allocate the first dimension, which is actually a pointer to pointer to char   */
p = malloc (sizeof (char *) * dim1);

/* Then allocate each of the pointers allocated in previous step arrays of pointer to chars
 * within each of these arrays are chars
 */
for (i = 0; i < dim1; i++)
  
    *(p + i) = malloc (sizeof (char) * dim2);
   /* or p[i] =  malloc (sizeof (char) * dim2); */
  

 /* Do work */

/* Deallocate the allocated array. Start deallocation from the lowest level.
 * that is in the reverse order of which we did the allocation
 */
for (i = 0; i < dim1; i++)

  free (p[i]);

free (p);

修改上面的方法。当您需要添加另一行时，请执行 *(p + i) = malloc (sizeof (char) * dim2); 并更新 i。在这种情况下，您需要预测文件中由dim1 变量指示的最大行数，我们第一次为此分配p 数组。这只会分配(sizeof (int *) * dim1) 字节，因此比char p[dim1][dim2]（在c99 中）更好。

我认为还有另一种方式。以块为单位分配数组并在溢出时将它们链接起来。

struct _lines 
   char **line;
   int n;
   struct _lines *next;
 *file;

file = malloc (sizeof (struct _lines));
file->line = malloc (sizeof (char *) * LINE_MAX);
file->n = 0;
head = file;

在此之后，第一个块就可以使用了。当您需要插入一行时，只需执行以下操作：

/* get line into buffer */
file.line[n] = malloc (sizeof (char) * (strlen (buffer) + 1));
n++;

当n 为LINE_MAX 时，分配另一个块并将其链接到这个块。

struct _lines *temp;

temp = malloc (sizeof (struct _lines));
temp->line = malloc (sizeof (char *) * LINE_MAX);
temp->n = 0;
file->next = temp;
file = file->next;

类似的东西。

当一个块的n变为0时，释放它，并将当前块指针file更新为前一个。您可以从单链表开始遍历，也可以从头开始遍历，也可以使用双链表。

【讨论】：

我相信，当输入文件不可搜索（例如管道或标准输入）时，后一种方法是 GNU 的 tail(1) 实现的工作方式。由于在这些情况下它只能通过输入文件，因此它将文件存储在内存 blob 的链接列表中，当它到达文件结尾时，它向后搜索以打印出最后的N 行。

@Adam Rosenfield：不知道，感谢您提供的信息。很久以前我就用它在内存中存储了一长串单词，它非常有用。

【参考方案6】：

如果您使用的是 C，您将需要自己实现数组的大小调整。 C++ 和 SDL 已经为您完成了这项工作。它被称为vector。 http://www.cplusplus.com/reference/stl/vector/