如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (C/C++) (C)
Abstract
為什麼需要動態建立二維陣列呢?因為sizex和sizey可能run-time才得知，所以無法使用靜態的方式建立陣列，而二維陣列唯一的優點就是可用subscripting的方式，如ia[y][x]的方式存取陣列，但是這在C語言中並不容易，本文就是要介紹如何動態建立二維陣列。
Introduction
再重複一個觀念，C/C++沒有『真正』支援二維陣列，雖然ia[y][x]的語法看似二維陣列，但骨子裡仍是一維陣列，是利用array of array的方式模擬二維陣列，事實上這就是C#的jagged array，所以當我們要動態建立二維陣列時，要先建立第一個一維陣列(sizey)，然後在每個陣列的element上在建立第二個一維陣列(sizex)，以這種方式模擬出二維陣列。
2 (C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
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4 Filename : ArrayDynamicTwoDim_1.c
5 Compiler : Visual C++ 8.0 / ANSI C
6 Description : Demo how to dynamic allocate 2 dim array on heap by malloc()
7 Release : 05/18/2008 1.0
8 */
9 #include < stdio.h >
10 #include < stdlib.h >
11
12 void printTwoDimDynamicArray( int ** ia, const int sizex, const int sizey) {
13 int x, y;
14 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y) {
15 for (x = 0 ; x != sizex; ++ x)
16 printf( " %d " , ia[y][x]);
17
18 printf( " \n " );
19 }
20 }
21
22 int main() {
23 const int sizex = 3 ;
24 const int sizey = 2 ;
25 int x, y;
26 int ** ia = ( int ** )malloc(sizey * sizeof ( void * ));
27 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y)
28 ia[y] = ( int * )malloc(sizex * sizeof ( int * ));
29
30 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y) {
31 for (x = 0 ; x != sizex; ++ x)
32 ia[y][x] = y + x;
33 }
34
35 printTwoDimDynamicArray(ia, sizex, sizey);
36
37 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y)
38 free(ia[y]);
39
40 free(ia);
41 }
執行結果
0
1
2
1
2
3
26行
int
**
ia
=
(
int
**
)malloc(sizey
*
sizeof
(
void
*
));
我們首先建立出第一個一維陣列，大小為sizey，這裏我們遇到了int **ia這個pointer to pointer，若你的母語是其他語言，看到pointer應該都會怕，我也不例外，更何況這裡是pointer to pointer，我將來會有個專文討論pointer。這裡為什麼會需要pointer to pointer呢?在(原創) 如何動態建立一維陣列? (C/C++) (C) 時，若要用malloc()動態建立一個一維陣列，會用以下寫法：
int
*
ia
=
(
int
*
)malloc((size_t)sizex
*
sizeof
(
int
));
ia代表指向int ia[sizex]第一個element address的pointer，但現在我們是二維陣列，第一個陣列int ia[sizey]的每個element存的不是int，而是第二個陣列int ia[sizex]，也就是說，第一個陣列每個element存的是int *，指向第二的陣列的第一個元素，而第一個陣列本身就是int*，兩個pointer加起來，才變成int **。
至於為什麼用sizeof(void *)呢?理論上該用sizeof(int *)，但因為C/C++的pointer皆是4個byte，所以使用sizeof(void *)也可，而且可以泛用於所有型別的陣列。
28行的
ia[y]
=
(
int
*
)malloc(()sizex
*
sizeof
(
int
*
));
是在第一個陣列的每個element，在存放第二個陣列，達成array of array。
12行傳遞陣列到function時
void
printTwoDimDynamicArray(
int
**
ia,
const
int
sizex,
const
int
sizey)
用的是int **ia，很多人學靜態二維陣列時，就懷疑為什麼不用pointer to pointer代表二維陣列呢?這裡總算用到了吧!!
該怎麼釋放這個陣列呢?由於是array of array，須先由內層的第二個陣列開始釋放，最後才能釋放外層的第一個陣列。40行到42行的
for
(
y
=
0
; y
!=
sizey;
++
y)
{
free(ia[y]);
}
釋放了第二層的陣列。
40行的
free(ia);
釋放了第一層的陣列。
這是很標準的寫法，連微軟的KB也是建議用這種寫法 INFO： 動態記憶體配置於二維陣列 ，但這種寫法有幾個缺點，第二個陣列的malloc()在for loop中執行，導致memory fragment，且釋放陣列也不方便。若能不在for loop中使用malloc()，則釋放陣列的問題也能解決。我們來看改進的方式。
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4 Filename : ArrayDynamicTwoDim_2.c
5 Compiler : Visual C++ 8.0 / ANSI C
6 Description : Demo how to dynamic allocate 2 dim array on heap by malloc()
7 Release : 05/18/2008 1.0
8 */
9 #include < stdio.h >
10 #include < stdlib.h >
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12 void printTwoDimDynamicArray( int ** ia, const int sizex, const int sizey) {
13 int x, y;
14 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y) {
15 for (x = 0 ; x != sizex; ++ x)
16 printf( " %d " , ia[y][x]);
17
18 printf( " \n " );
19 }
20 }
21
22 int main() {
23 const int sizex = 3 ;
24 const int sizey = 2 ;
25 int x, y;
26 int ** ia = ( int ** )malloc(sizey * sizeof ( void * ));
27 int * iax = ( int * )malloc(sizey * sizex * sizeof ( int * ));
28 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y, iax += sizex)
29 ia[y] = iax;
30
31 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y) {
32 for (x = 0 ; x != sizex; ++ x)
33 ia[y][x] = y + x;
34 }
35
36 printTwoDimDynamicArray(ia, sizex, sizey);
37
38 free(ia[ 0 ]);
39 free(ia);
40 }
執行結果
0
1
2
1
2
3
關鍵在於27行
int
*
iax
=
(
int
*
)malloc(sizey
*
sizex
*
sizeof
(
int
*
));
我們一次將第二個陣列所需的記憶體一次malloc()了‧
28行到29行
for
(
y
=
0
; y
!=
sizey;
++
y, iax
+=
sizex)
{ ia[y] = iax;}
關鍵在於 iax+=sizex，iax每次隨著sizex而遞增，如此ia[y]就能取得適當的記憶體位址了。
在釋放記憶體方面，38行和39行的
free(ia[
0
]);free(ia);
因為只malloc()兩次，所以只要釋放兩次即可。
既然malloc()兩次要還要釋放兩次，有沒有辦法只mallc()一次呢?
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4 Filename : ArrayDynamicTwoDim_3.c
5 Compiler : Visual C++ 8.0 / ANSI C
6 Description : Demo how to dynamic allocate 2 dim array on heap by malloc()
7 Release : 05/18/2008 1.0
8 */
9 #include < stdio.h >
10 #include < stdlib.h >
11
12 void printTwoDimDynamicArray( int ** ia, const int sizex, const int sizey) {
13 int x, y;
14 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y) {
15 for (x = 0 ; x != sizex; ++ x)
16 printf( " %d " , ia[y][x]);
17
18 printf( " \n " );
19 }
20 }
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22 int main() {
23 const int sizex = 3 ;
24 const int sizey = 2 ;
25 int x, y;
26 int ** ia = ( int ** )malloc(sizey * sizeof ( void * ) + sizey * sizex * sizeof ( int * ));
27 int * iax = ( int * )(ia + sizex);
28 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y, iax += sizex)
29 ia[y] = iax;
30
31 for (y = 0 ; y != sizey; ++ y) {
32 for (x = 0 ; x != sizex; ++ x)
33 ia[y][x] = y + x;
34 }
35
36 printTwoDimDynamicArray(ia, sizex, sizey);
37
38 free(ia);
39 }
執行結果
0
1
2
1
2
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26行將兩行malloc()濃縮成一行。
int
**
ia
=
(
int
**
)malloc(sizey
*
sizeof
(
void
*
)
+
sizey
*
sizex
*
sizeof
(
int
*
));
28行到29行的
for
(
y
=
0
; y
!=
sizey;
++
y, iax
+=
sizex)
{ ia[y] = iax;}
由*iax = (int*)(ia + sizex)對iax做初始化，之後每個loop的iax會隨著sizex而遞增，原理和第二個範例一樣。
而釋放陣列方面，只要如40行
free(ia);
釋放一次即可!!
Conclusion
一個很簡單的需求：動態二維陣列，在C語言竟然需要這麼大的功夫才能達成!!假如你還是無法理解，建議參考(原創) 由一維陣列模擬二維陣列(多維陣列) (C/C++) (C)，用一維陣列模擬二維陣列就好，唯一就是犧牲了ia[y][x]的語法，而改用*(ia + y * sizex + x)而已，在C++有容易的寫法，請參考(原創) 如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (C/C++) (C)‧
See Also
(原創) 由一維陣列模擬二維陣列(多維陣列) (C/C++) (C)
(原創) 如何動態建立一維陣列? (C/C++) (C)
(原創) 如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (C/C++) (C)
(原創) 如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (C/C++) (C) (C#)
Reference
INFO： 動態記憶體配置於二維陣列
《記憶體的配置》動態陣列