如何在 C++ 中正确使用动态分配的多维数组 [重复]

Posted 2023-02-21

【中文标题】如何在 C++ 中正确使用动态分配的多维数组 [重复]

【英文标题】：How to properly work with dynamically-allocated multi-dimensional arrays in C++ [duplicate]

【发布时间】：2016-03-08 18:21:09

【问题描述】：

如何在 C++ 中定义动态多维数组？比如二维数组？我尝试使用指向指针的指针，但不知何故失败了。

【问题讨论】：

@JustinMeiners 可能，但问题是如何使用，而不是如何定义。该问题的最高答案得出的结论是错误的。你必须投下大约 550 票，才能有人得到答案，即使是对了一半。

【参考方案1】：

首先应该意识到 C++ 中不支持多维数组，无论是作为语言特性还是标准库。所以我们可以在其中做的任何事情都是对它的一些模仿。我们如何模拟二维整数数组？这里有不同的选项，从最不适合到最适合。

不正确的尝试 #1。使用指针指向指针

如果用指向类型的指针来模拟数组，那么肯定应该用指向类型的指针来模拟二维数组吗？像这样？

int** dd_array = new int[x][y];

这是一个编译器错误。没有new [][] 运算符，所以编译器很乐意拒绝。好的，那怎么样？

int** dd_array = new int*[x];
dd_array[0][0] = 42;

编译。在执行时，它会因不愉快的消息而崩溃。出了点问题，但是什么？当然！我们确实为第一个指针分配了内存——它现在指向一个内存块，其中包含 x 个指向 int 的指针。但是我们从来没有初始化那些指针！让我们再试一次。

int** dd_array = new int*[x];
for (std::size_t i = 0; i < x; ++i)
   dd_array[i] = new int[y];

dd_array[0][0] = 42;

这不会产生任何编译错误，并且程序在执行时不会崩溃。任务完成？没那么快。请记住，每次我们确实调用了new，我们必须调用delete。所以，给你：

for (std::size_t i = 0; i < x; ++i)
    delete dd_array[i];
delete dd_array;

现在，这太可怕了。语法很丑陋，所有这些指针的手动管理......不。让我们放下一切，做一些更好的事情。

减少不当尝试#2。使用std::vector 的std::vector

好的。我们知道在 C++ 中我们不应该真正使用手动内存管理，而且这里有一个方便的std::vector。那么，我们能做到吗？

std::vector<std::vector<int> > dd_array;

显然，这还不够——我们从未指定这些数组的大小。所以，我们需要这样的东西：

std::vector<std::vector<int> > dd_array(x);
for(auto&& inner : dd_array)
    inner.resize(y);

dd_array[0][0] = 42;

那么，现在还好吗？没那么多。首先，我们仍然有这个循环，这是一个眼睛痛。更重要的是，我们正在严重损害应用程序的性能。由于每个单独的内部向量都是独立分配的，因此这样的循环：

int sum = 0;
for (auto&& inner : dd_array)
    for (auto&& data : inner)
       sum += data;

将导致对许多独立分配的内部向量进行迭代。而且由于 CPU 只会缓存连续的内存，那些小的独立向量不能完全缓存。无法缓存时会影响性能！

那么，我们应该怎样做才对呢？

正确尝试 #3 - 单维！

我们根本没有！当情况需要二维向量时，我们只需以编程方式使用一维向量并使用偏移量访问它的元素！我们就是这样做的：

vector<int> dd_array(x * y);
dd_array[k * x + j] = 42; // equilavent of 2d dd_array[k][j]

这给了我们美妙的语法、性能和所有的荣耀。为了让我们的生活稍微好一点，我们甚至可以在一维向量之上构建一个适配器 - 但这留给家庭作业。

【讨论】：

赞成，但值得添加更正确的尝试 4：将一维数组包装在一个对象中，以减少索引数学中的拼写错误的可能性，当它在其他任何地方都可以工作时，你会在一个地方搞砸。

就在那里，最后一句话。离开做作业:)

是否值得为其他维度添加一个示例，例如来自 C# 的人可能想要使用 3 维数组？我以 C# 为例，因为该语言支持多维数组。

在正常情况下，是的，但是对于像这样的自我回答问题，我会包含一个非常基本的包装以确保完整性。除非你打算拍续集：伙计，我的“操作员[][]`呢？

有时有理由使用#2 而不是#3。例如，如果数组非常大，使用#3 增加行数可能会由于 OOM 失败，或者触发大量重新分配和复制；而#2 没有遇到这个问题（即使它重新分配，现有的行仍然存在）