在 C 中声明一个 n 指针

Question

在 C 中，我想声明一个 n 维数组，如下面的 3-dim。

printf("please insert n1, n2, n3\n");
scanf("%d %d %d", &n1, &n2, &n3);

int ***nda;
nda = (int ***)malloc(n1*sizeof(int **));

for (i = 0; i < n1; i++) {
    nda[i] = malloc(n2*sizeof(int *));
    for (j = 0; j < n2; j++) {
        nda[i][j] = malloc(n3*sizeof(int));
    }
}

我想使用宏自动化这个过程并扩展为 n-dim，我发现我需要声明一个这样的指针：

type *...*(n times)typename;  

我猜宏是一种看似可行的方法，但在这里搜索答案后，我发现宏不会递归扩展。
在 C 中是否有任何解决方法可以做到这一点？

Answer 1

停止做你现在做的事！每个级别的指针间接都会对您的程序造成重大的性能影响。您在其中创建的不是多维数组，而是 n 叉树，其中每个数组元素都是指向多个分支的指针，这些分支再次展开。

如果你想为 n 维数据创建一个数组，这样做：

size_t dim[...]

int *nda;
nda = malloc(sizeof(int) * dim[0] * dim[1] * … * dim[n]);

要寻址数组中的元素，请使用 this

nda[ dim[0]*(i[1] + dim[1]*(i[2] + dim[…]*(i[…+1])) + i[0] ];

Answer 2

虽然这样做是个坏主意，但它可以做到，所以这是一种方法。

如果您使用像Order 这样功能强大的元编程库（如上所述，Boost 是另一个可能的候选者），您实际上可以在预处理器中循环并定义递归宏。 Order 让您可以使用任何了解 Scheme 或 ML 的人都熟悉的函数式编程。

要循环，请使用for_each 构造。要简单地创建给定数量的东西，您可以使用 for_each_in_range 和 1, N+1：

ORDER_PP(    // within this block Order code runs
    8for_each_in_range(8fn(8_, 8print( (*) ) ),
                       1, 8)
)

上面将打印 7 颗星。您可以将元程序块封装在常规宏中，这些宏遵循正常的预处理器规则：

// print COUNT stars
#define STARS(COUNT) ORDER_PP( \
    8for_each_in_range(8fn(8_, 8print((*)) ), 1, 8plus(COUNT, 1)) \
)

在ORDER_PP 块中，所有内容都假定为 Order 代码而不是 C 预处理器代码，这意味着只能调用已识别的 Order 函数（并且所有值/预处理标记必须是原始整数，或者用“引用” 8(val) 构造）。要将 stars 定义为 Order 函数而不是 CPP 宏，以便可以在 ORDER_PP 内作为嵌套表达式的一部分调用它，我们需要这样编写：

#define ORDER_PP_DEF_8stars ORDER_PP_FN( \
    8fn(8C, 8for_each_in_range(8fn(8_, 8print((*)) ), 1, 8plus(8C, 1)) ))

ORDER_PP( 8stars(7) )   // prints 7 stars

Order 完全透明地提供递归，因此编写嵌套的初始化循环相对简单：

#define ORDER_PP_DEF_8ndim_init ORDER_PP_FN( \
    8fn(8N, 8T, 8C, 8I, 8D, \
        8do( \
            8print( 8N (=malloc) 8lparen 8seq_head(8D) (*sizeof) 8lparen 8T 8stars(8minus(8C, 1)) 8rparen 8rparen (;) ), \
            8if(8equal(8C, 1), \
                8print(((void)0;)), \
                8do( \
                    8print( (for) 8lparen (int) 8I (=0;) 8I (<) 8seq_head(8D) (;) 8I (++) 8rparen ({) ), \
                    8ndim_init(8adjoin(8N, 8([), 8I, 8(])), 8T, 8minus(8C, 1), 8cat(8I, 8(_K)), 8seq_tail(8D)), \
                    8print( (}) ) \
                )))))

像这样调用ndim_init：

// print the nested initializer from the question
ORDER_PP(
    8ndim_init(8(nda), 8(int), 3, 8(i), 8seq(8(n1), 8(n2), 8(n3)))
)

请注意，C 变量名称（nda、i 等）在出现在 ORDER_PP 块中时需要被引用，以便 Order 将它们视为文本，而不是尝试评估它们。最后一个参数是包含每个维度大小的运行时变量列表（8seq 构建一个列表，8 再次引用 C 变量名称）。

您可以将ndim_init 的调用打包到一个常规的预处理器宏中以便于访问，就像STARS 的第一个示例一样；您可以通过这种方式轻松地将它与声明器宏结合起来，在一次调用中发出声明和初始化：

#define NDIM(NAME, TYPE, ...) ORDER_PP ( \
    8lets( (8D, 8((__VA_ARGS__))) \
           (8C, 8tuple_size(8D)), \
        8do( \
            8print( (TYPE) 8stars(8C) (NAME; {) ), \
            8ndim_init(8(NAME), 8(TYPE), 8C, 8(_ITER), 8tuple_to_seq(8D)), \
            8print( (}) ) \
        )) \
)

NDIM(nda, int, n1, n2, n3)   // emits declaration and init block for int ***nda

More Order examples

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如果上面的内容看起来一点都不简单……那就是人们说你不应该这样做的原因。 （如果是这样，对您有好处，但其他人将无法阅读您的代码。）

Answer 3

这是一个可变长度数组的解决方案（需要 C99 或更高版本）。在这种情况下，由于其潜在的大小，VLA 没有分配到堆栈上，而是手动使用 (m/c)alloc()：

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

#define MAX_DIM_C 10
#define MAX_DIM_SIZE 100

// Works for versions of C from C99 onward.

int main(void) {
    int dim_c;
    do {
        printf("Please input the number of dimensions. "
               "The minimum value is 1. The maximum value is %d.\n",
               MAX_DIM_C);
    } while (scanf("%d", &dim_c) != 1 || dim_c < 1 || dim_c > 100);
    int dim[MAX_DIM_C];
    // Give all dimensions a default size of 1.
    memset(dim, 1, MAX_DIM_C);
    for (int i = 0; i < dim_c; i++) {
        do {
            printf("Please input the size of dimension %d. "
                   "The minimum value is 1. The maximum value is %d.\n",
                   i, MAX_DIM_SIZE);
        } while (scanf("%d", dim + i) != 1 || dim[i] < 1 || dim[i] > 100);
    }
    // Always allocate a MAX_DIM_C-dimensional array. When the user specifies
    // a number of dimensions fewer than MAX_DIM_C, the MAX_DIM_C-dim_c
    // dimensions are basically just dummy dimensions of size 1
    int (*vla)[dim[1]]
              [dim[2]]
              [dim[3]]
              [dim[4]]
              [dim[5]]
              [dim[6]]
              [dim[7]]
              [dim[8]]
              [dim[9]] =
        calloc(dim[0] *
               dim[1] *
               dim[2] *
               dim[3] *
               dim[4] *
               dim[5] *
               dim[6] *
               dim[7] *
               dim[8] *
               dim[9], sizeof(int));
    //
    // Do something useful here
    //
    printf("%d\n", vla[dim[0] - 1]
                      [dim[1] - 1]
                      [dim[2] - 1]
                      [dim[3] - 1]
                      [dim[4] - 1]
                      [dim[5] - 1]
                      [dim[6] - 1]
                      [dim[7] - 1]
                      [dim[8] - 1]
                      [dim[9] - 1]);
    // To pass the VLA to another function cast it to void (or another simple
    // type) and also pass the dim array along with it to generate a new
    // VLA pointer in the called function with matching dimensions
    return 0;
}