如何访问具有多个括号的一维数组以提高可读性？

Question

我有一个使用指针管理的 3D 数组的庞大代码。比如：

int *** tab;
tab = malloc(m*sizeof(int**));
for(i= 1..n) tab[i] = malloc(n*sizeof(int*));  
... etc...

然后可以通过以下方式访问元素：

tab[i][j][k] = ...

但是由于此结构的具体问题，我想将 tab 声明为连续数组，但在代码中仍然使用带有 3 个括号的语法。编译器将在内部替换它们，如下所示：

tab[i][j][k] = ...  =>  tab[i*m*n+j*m+k] = ...

因此，仅通过一次指针取消引用即可访问该数组。我不想更改源代码（没有 sed）。

例如，我可以通过在堆栈中声明选项卡来做到这一点：

int tab[n][m][l];

但不幸的是，如果

m

和

n

是运行时变量，则这不起作用。

Answer 1

C++ 方法是将 3D 数组包含在类中以拥有 natural 访问器：

struct Arr3D
{
    int *arr;
    const int n, m, p; //size of the tab in 3 dimensions

public:
    Arr3D(int n, int m, int l): n(n), m(m), p(l) {
        arr = new int[n * m * p];
    }

    ~Arr3D() {
        delete[] arr;
    }

    int& operator()(int i, int j, int k) {   // read-write accessor
        // optionaly test for 0<=i<n...
        return arr[k + p * (j + i * m)];
    }
};

您只需使用以下命令即可创建和使用数组：

Arr3D * parr = new Arr3D(3,4,5); // dynamic allocation
Arr3D arr(3, 4, 5);              // automatic allocation
...
arr(1,2,3) = 5;
int i = arr(2,0,1);

---

或者，如果您想保留语法

tab[i][j][k]

，则可以使用能够在 2D 数组上提供 view 的辅助 Arr2D 类：

struct Arr2D
{
    int *arr;
    const int n, m; //size of the tab in 2 dimensions
    const bool is_view;

public:
    Arr2D(int n, int m): n(n), m(m), is_view(false) {
        arr = new int[n * m];
    }
    Arr2D(int *arr, int n, int m): arr(arr), n(n), m(m), is_view(true) {}

    ~Arr2D() {
        if (! is_view) delete[] arr;
    }

    int * operator[] (int i) {
        return arr + i * m;
    }
};

struct Arr3D
{
    int *arr;
    const int n, m, p; //size of the tab in 3 dimensions

public:
    Arr3D(int n, int m, int l): n(n), m(m), p(l) {
        arr = new int[n * m * p];
    }

    ~Arr3D() {
        delete[] arr;
    }

    Arr2D operator[](int i) {
        return Arr2D(arr + i * p * m, m, p);
    }
};

您现在可以简单地使用

arr[i][j][k]

...

Answer 2

要实现此目的，您可以首先分配完整的“选项卡”

int* tab = malloc(sizeof(int)* i * j * k);

这将为您提供您的数据。该指针将作为数组的所有者。

之后，您可以通过构建 tab 变量的访问指针数组来创建“3d”数组。这将导致您拥有一个

int*** access;

，其所有内部指针都指向

tab

的正确部分，允许您通过

tab

访问

access

。

这假设您坚持使用 C 风格代码。

如果您希望使用 C++ 风格来执行此操作：

参见：初始化 3D 矢量最有效的方法是什么？

这篇文章为使用

std::vector

做同样的事情提供了一个很好的起点

Answer 3

在 C（C99 或 C11）中，维度可变的

tab

数组可以作为函数参数传递，只要其维度也在前面的参数中传递即可。这是一个例子来说明我的意思：

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

int sum3d(unsigned int dim_n, unsigned int dim_m, unsigned int dim_l,
          int tab[dim_n][dim_m][dim_l])
{
    int total = 0;
    int n, m, l;

    for (n = 0; n < dim_n; n++)
    {
        for (m = 0; m < dim_m; m++)
        {
            for (l = 0; l < dim_l; l++)
            {
                total += tab[n][m][l];
            }
        }
    }
    return total;
}

int main(void)
{
    unsigned int dim_n, dim_m, dim_l;
    unsigned int n, m, l;
    int tot;

    dim_n = 10;
    dim_m = 5;
    dim_l = 4;

    int (*tab)[dim_m][dim_l] = calloc(dim_n, sizeof(*tab));
    if (!tab)
    {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failure!\n");
        exit(1);
    }
    for (n = 0; n < dim_n; n++)
    {
        for (m = 0; m < dim_m; m++)
        {
            for (l = 0; l < dim_l; l++)
            {
                tab[n][m][l] = 1;
            }
        }
    }

    printf("total = %d\n", sum3d(dim_n, dim_m, dim_l, tab));
    return 0;
}

在函数

sum3d

中，

tab

可以声明为

int tab[][dim_m][dim_l]

或

int (*tab)[dim_m][dim_l]

，在这两种情况下都忽略最左边的维度。

Answer 4

您已将其标记为 C 和 C++，因此可能有不同的解决方案。

C 溶液的形式为

#include <stdlib.h>    /*  assumed */

int* tab = malloc(sizeof(int)*n*m*l);

tab[i*m*n+j*m+k] = 42;

free(tab);   /* when done */

这个 C 解决方案从技术上讲可以在 C++ 中使用（尽管需要将

(int *)

类型转换为

malloc()

的结果）。然而，在 C++ 中，这是不鼓励的，有利于

int* tab = new int[n*m*l];

tab[i*m*n+j*m+k] = 42;

delete [] tab;    // when done

更好的 C++ 方法是使用标准库

#include <vector>

std::vector<int> tab(n*m*l);

tab[i*m*n+j*m+k] = 42;

//  tab will be automatically released when it passes from scope.

当然，所有这些都将通过单一引用来访问元素。但计算索引涉及大量乘法，这些运算也不是特别便宜。有必要进行测试以确定哪个更有效。

Answer 5

对于维度为

int

x

n

的二维

m

数组，您可以这样做（在 C 中）：

size_t n;
size_t m;
...
// base all sizeof() calls directly on array so it's
// trivial to change the type from int to something else
int **array = malloc( n * sizeof( *array ) );
array[ 0 ] = malloc( n * m * sizeof( **array ) );
size_t rowSize = m * sizeof( **array );
for ( size_t i = 1; ii < m; ii++ )
{
    array[ i ] = array[ i - 1 ] + rowSize;
}

将其扩展到三个维度相当容易（添加错误检查也是如此......）

真正的技巧是通过单个调用

malloc()

来完成所有事情。

Answer 6

#define SUB(x,y,z) ((x)*m + (y))*n + (z)

         . . . . .

tab[SUB(i,j,k)] = ....