堆上的 C++ 多维数组

Question

如何动态分配多维数组？

Answer 1

如果你已经知道嵌套维度的大小，你也可以使用 new 来分配一个多维数组：

typedef int dimensions[3][4];

dimensions * dim = new dimensions[10];
dim[/* from 0 to 9 */][/* from 0 to 2 */][/* from 0 to 3 */] = 42;
delete [] dim;

可以传递运行时确定的值，而不是10。因为它不是类型运算符 new 返回的一部分，所以这是允许的。例如，如果您知道列数，但又想保持行数可变，这很好。 typedef 让代码更容易阅读。

Answer 2

为了完整起见，当您提前知道数组边界时，这是在 C++ 中执行此操作的更好方法。使用以下类的好处是您不必关心在数据上调用 delete[]。这意味着这个类将是异常安全的，所有其他关于 RAII 的好东西。

template<typename T, int width, int height>
class MultiArray
{
    private:
        typedef T cols[height];
        cols * data;
    public:
        T& operator() (int x, int y) { return data[x][y]; }
        MultiArray() { data = new cols[width]; }
        ~MultiArray() { delete [] data; }
};

用法：

MultiArray<int, 10, 10> myArray;
myArray(2, 3) = 4;
cout << myArray(2, 3);

编辑： 并且，当我这样做时，如果您在运行时之前不知道数组边界，则可以使用以下设置：

template<typename T>
class Array2D
{
    private:
        const int width;
        T * data;
    public:
        T& operator() (int x, int y) { return data[y*width + x]; }
        Array2D(const int w, const int h) : width(w) { data = new T[w*h]; }
        ~Array2D() { delete [] data; }
};

用法：

Array2D myArray(10, 10);
myArray(3, 4) = 42;
cout << myArray(3, 4);

Answer 3

使用 Boost.Multiarray 怎么样？我相信它很好地满足了您的需求！ http://www.boost.org/doc/libs/1_37_0/libs/multi_array/doc/user.html#sec_introduction

这是文档页面的摘录：

 #include < boost/multi_array.hpp >

 #include < cassert >

int main () 

{

  // Create a 3D array that is 3 x 4 x 2

  typedef boost::multi_array< double, 3 > array_type;

  typedef array_type::index index;

  array_type A(boost::extents[3][4][2]);


  // Assign values to the elements

  int values = 0;

  for(index i = 0; i != 3; ++i) 

    for(index j = 0; j != 4; ++j)

      for(index k = 0; k != 2; ++k)

        A[i][j][k] = values++;

  // Verify values

  int verify = 0;

  for(index i = 0; i != 3; ++i) 

    for(index j = 0; j != 4; ++j)

      for(index k = 0; k != 2; ++k)

        assert(A[i][j][k] == verify++);

  return 0;

}

Answer 4

看到这个： C++ FAQ by Marshall Cline

请参阅“如何使用 new 分配多维数组？”和“但是之前的常见问题解答的代码非常棘手且容易出错！难道没有更简单的方法吗？”部分。

Answer 5

std::vector<std::vector<int> >应该被提及，因为它通常是最简单的方法。但是，请注意它是非矩形的。并非每个std::vector<int> 都需要具有相同的长度。

Answer 6

我很惊讶还没有人提到boost::multi_array。就在上周，我在一个程序中需要一个 2D 数组，发现它比我之前提出的自制解决方案（所有这些都在其他 cmets 中提到）更容易，编码也更快.

Answer 7

这是我的实现；我声明了一个 ints 的连续块，而不是在我的 for 循环中创建新块，所以我不会在所有地方造成页面错误。感谢 eJames 指出为什么这段代码最初被破坏。

int width = 10, height = 10, totalSize = width*height;
int **myArray = new int*[width];
int *data = new int[totalSize];

for ( int i = 0; i < height; ++i )
{
    myArray[i] = data + (i*width);
}

// do some things here

delete[] data;
delete[] myArray;

Answer 8

您的循环不会正确地将指针值写入myArray。我建议改为：

int width = 10;
int height = 10;
int ** myArray = new int*[width];
int * data = new int[width*height];
int * index = data;
for (int i = 0; i < width; i++)
{
    myArray[i] = index;
    index += height;
}

// ...

delete[] data;
delete[] myArray;

Answer 9

作为另一种选择，STLSoft 包括 fixed_array_2d 类（以及 3D 和 4D 版本）。与这里给出的自制解决方案相比，它具有类似的实现，但功能集更完整（完全支持迭代器等）。与 boost::multi_array 相比，它的重量更轻，更容易在不完全兼容的 C++ 编译器上使用，但（故意）缺少 multi_array 的一些特性。

Answer 10

如果您只是在正确数量的元素上留出空间，则可以将一维索引为 2、3 或 N 维。例如，如果我有 10 行和 10 列，我知道如果我在第 3 行，我将必须遍历至少 30 个元素才能到达它。

不知何故，我更喜欢这种表示法用于简单的二维数组，因为我不需要担心指针的嵌套级别。缺点是更混乱的索引符号。这是一个具有 n 行和 m 列的二维数组的示例：

int *matrix = new int[n*m];

//set element (3,7) to 10
matrix[3*m+7] = 10;

//print the matrix
for (int i = 0; i < n; i++) {
  for (int j = 0; j < m; j++) {
    cout << matrix[i*m+j] << ' ';
  }
  cout << '\n';
}

Answer 11

这是对另一个线程上的帖子的复制。它完全符合您的要求，无需提前知道数组尺寸，也无需使用 boost 或 STL。

这是一个例程，它在连续的内存空间中分配维度为 N1 x N2 x N3 的 3D 数组，同时允许您使用 a[i][j][k] 语法进行运算符访问。该数组是动态的但连续的，因此它比 vector 方法和 new[] 调用循环具有巨大优势。

template <class T> T ***Create3D(int N1, int N2, int N3)
{
    T *** array = new T ** [N1];

    array[0] = new T * [N1*N2];

    array[0][0] = new T [N1*N2*N3];

    int i,j,k;

    for( i = 0; i < N1; i++) {

        if (i < N1 -1 ) {

            array[0][(i+1)*N2] = &(array[0][0][(i+1)*N3*N2]);

            array[i+1] = &(array[0][(i+1)*N2]);

        }

        for( j = 0; j < N2; j++) {     
            if (j > 0) array[i][j] = array[i][j-1] + N3;
        }

    }

    cout << endl;
    return array;
};

template <class T> void Delete3D(T ***array) {
    delete[] array[0][0]; 
    delete[] array[0];
    delete[] array;
};

然后在您的实施例程中...

int *** array3d;
int N1=4, N2=3, N3=2;

int elementNumber = 0;

array3d = Create3D<int>(N1,N2,N3);

//equivalently, a 'flat' array could be obtained with
//int * array = array3d[0][0];

cout << "{" << endl;
for (i=0; i<N1; i++) {
    cout << "{";
    for (j=0; j<N2; j++) {
        cout << "{";
        for (k=0; k<N3; k++) {
            array3d[i][j][k] = elementNumber++;
            cout << setw(4) << array3d[i][j][k] << " ";

            //or if you're using the flat array:
            //array[i*N2*N3 + j*N3 + k] = elementNumber++;

        }
        cout << "}";
    }
    cout << "}";
    cout << endl ;
}
cout << "}" << endl;

Delete3D(array3d);

给出输出：

{
{{   0    1 }{   2    3 }{   4    5 }}
{{   6    7 }{   8    9 }{  10   11 }}
{{  12   13 }{  14   15 }{  16   17 }}
{{  18   19 }{  20   21 }{  22   23 }}
}