在Struct中存储和访问2D数组

Question

我试图在C中编写一个程序,根据用户输入生成螺旋并将其打印到控制台.我无法弄清楚如何访问我在结构"螺旋"中定义的2D数组"数据".如何修复"警告:从不兼容的指针类型分配"错误？

#include <stdio.h>

typedef struct Spiral {
    int size;
    int **data;
} Spiral;

Spiral generateSpiral(int size);
void printSpiral(Spiral spiral);
static int rotate();

int main() {
    int size;
    scanf("%d", &size);
    Spiral spiral = generateSpiral(size);
    printSpiral(spiral);
    return 0;
}

Spiral generateSpiral(int size) {
    int data[size][size];
    int i;
    for (i = 0; i < size; i++) {
        int j;
        for (j = 0; j < size; j++) {
            data[i][j] = 0;
        }
    }

    for (i = 0; i < size; i++) {
        data[0][i] = 1;
    }

    int currX = 0;
    int currY = size - 1;

    for (i = size - 1; i > 0; i -= 2) {
        int j;
        for (j = 0; j < 2; j++) {
            int k;
            switch (rotate()) {
                case 0:
                    for (k = 0; k < i; k++) {
                        data[++currX][currY] = 1;
                    }
                    break;
                case 1:
                    for (k = i; k > 0; k--) {
                        data[currX][--currY] = 1;
                    }
                    break;
                case 2:
                    for (k = i; k > 0; k--) {
                        data[--currX][currY] = 1;
                    }
                    break;
                case 3:
                    for (k = 0; k < i; k++) {
                        data[currX][++currY] = 1;
                    }
                    break;
            }
        }
    }
    Spiral spiral;
    spiral.size = size;
    spiral.data = data;
    return spiral;
}

void printSpiral(Spiral spiral) {
    int i;
    for (i = 0; i < spiral.size; i++) {
        int j;
        for (j = 0; j < spiral.size; j++) {
            switch (spiral.data[i][j]) {
                case 0:
                    printf(" ");
                    break;
                case 1:
                    printf("#");
                    break;
            }
        }
        printf("\n");
    }
}

static int rotate() {
    static int val = 0;
    int tmp = val;
    val++;
    if (val > 3)
        val = 0;
    return tmp;
}

Answer 1

在generateSpiral函数中,您使结构指针指向局部变量data,但是当函数返回data超出范围时,指针现在指向未分配的内存,从而导致未定义的行为.

但是,这并不是唯一的问题:第二个问题是,指针的指针是不一样的数组的数组,存储器布局是不同的.

最后一部分,让我们看一个例子.让我们说我们有以下声明

int a[2][2];

在内存中它看起来像这样:

+---------+---------+---------+---------+
| a[0][0] | a[0][1] | a[1][0] | a[1][1] |
+---------+---------+---------+---------+

换句话说,所有数据都是连续的.

如果你,另一方面有一个声明像

int **p;

并正确地为它分配数据,它看起来像

+------+------+-----+
| p[0] | p[1] | ... |
+------+------+-----+
  |      |      |
  |      |      v
  |      |      ...
  |      v
  |      +---------+---------+-----+
  |      | p[1][0] | p[1][1] | ... |
  |      +---------+---------+-----+
  v
  +---------+---------+-----+
  | p[0][0] | p[0][1] | ... |
  +---------+---------+-----+

记忆不再是连续的.不再有任何最大大小,指针指向连续的内存区域,但无法知道该区域有多大.你必须自己跟踪它.

这两个问题的简单解决方案是仅使用指针指针,然后动态分配堆:

int **data;

// First allocate memory for `size` number of pointers
// I.e. we allocate an "array" of pointers
data = malloc(size * sizeof(int *));

// Then allocate each entry in the above allocated "array"
// I.e. make each pointer in the "array" point to an "array" of `int`
for (int i = 0; i < size; ++i)
    data[i] = malloc(size * sizeof(int));

现在data可以直接使用局部变量来分配spiral.data.

但有一个问题:在Java中,您不必释放您分配的内存,它会自动处理.在C中它不是自动处理的,你必须手动释放你分配的内存,否则你将有内存泄漏.

释放内存可以像

// First free all the "sub-arrays"
for (int i = 0; i < size; ++i)
    free(spiral.data[i]);

// Then free the top-level "array"
free(spiral.data);

关于指针,指针可以指向任何内存地址,并且实际上没有安全性或检查它指向有效位置.此外,C不会对值和结构进行深度复制,如果有指针并使其指向某处,则编译器或运行时系统不会复制.

关于范围界定,Java也有局部变量,就像C中函数返回那些超出范围一样.Java和C之间的区别在于,如果返回对本地对象的引用,那么只要存在对象的引用,Java就会跟踪它并将对象保留在内存中.C没有引用,指针只是一个整数,其值是内存中的地址,并且指向的数据不知道有指向它的指针或数量.