C++中的三维整数数组

Question

我想找到在C++中实现三维整数数组的安全方法,使用指针算术/动态内存分配,或者使用STL矢量等技术.

基本上我希望我的整数数组维度看起来像:

[ x ][ y ][ z ]

x和y在20-6000范围内是已知的并且等于4.

Answer 1

看看Boost 多维数组库.这是一个例子(改编自Boost文档):

#include "boost/multi_array.hpp"

int main() {
  // Create a 3D array that is 20 x 30 x 4
  int x = 20;
  int y = 30;
  int z = 4;

  typedef boost::multi_array<int, 3> array_type;
  typedef array_type::index index;
  array_type my_array(boost::extents[x][y][z]);

  // Assign values to the elements
  int values = 0;
  for (index i = 0; i != x; ++i) {
    for (index j = 0; j != y; ++j) {
      for (index k = 0; k != z; ++k) {
        my_array[i][j][k] = values++;
      }
    }
  }
}

Answer 2

每对方括号都是一个解除引用操作(当应用于指针时).例如,以下几行代码是等效的:

x = myArray[4];
x = *(myArray+4);

 

x = myArray[2][7];
x = *((*(myArray+2))+7);

要使用建议的语法,您只需取消引用第一个取消引用返回的值.

int*** myArray = (some allocation method, keep reading);
//
// All in one line:
int   value = myArray[x][y][z];
//
// Separated to multiple steps:
int** deref1 = myArray[x];
int*  deref2 = deref1[y];
int   value = deref2[z];

要分配这个数组,你只需要认识到你实际上没有一个三维的整数数组.你有一个整数数组数组.

// Start by allocating an array for array of arrays
int*** myArray = new int**[X_MAXIMUM];

// Allocate an array for each element of the first array
for(int x = 0; x < X_MAXIMUM; ++x)
{
    myArray[x] = new int*[Y_MAXIMUM];

    // Allocate an array of integers for each element of this array
    for(int y = 0; y < Y_MAXIMUM; ++y)
    {
        myArray[x][y] = new int[Z_MAXIMUM];

        // Specify an initial value (if desired)
        for(int z = 0; z < Z_MAXIMUM; ++z)
        {
            myArray[x][y][z] = -1;
        }
    }
}

取消分配此数组遵循类似的过程来分配它:

for(int x = 0; x < X_MAXIMUM; ++x)
{
    for(int y = 0; y < Y_MAXIMUM; ++y)
    {
        delete[] myArray[x][y];
    }

    delete[] myArray[x];
}

delete[] myArray;

Answer 3

下面是在每个阵列的一个内存块中使用C或C++创建3D数组的简单方法.不需要使用BOOST(即使它很好),或者在具有多个间接的行之间拆分分配(这是非常糟糕的,因为它通常在访问数据时会给性能带来很大的损失并且会破坏内存).

唯一要理解的是没有多维数组,只有数组(数组).最里面的索引是记忆中最远的.

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

int main(){

    {
        // C Style Static 3D Arrays
        int a[10][20][30];
        a[9][19][29] = 10;
        printf("a[9][19][29]=%d\n", a[9][19][29]);
    }

    {
        // C Style dynamic 3D Arrays
        int (*a)[20][30];
        a = (int (*)[20][30])malloc(10*20*30*sizeof(int));
        a[9][19][29] = 10;
        printf("a[9][19][29]=%d\n", a[9][19][29]);
        free(a);
    }

    {
        // C++ Style dynamic 3D Arrays
        int (*a)[20][30];
        a = new int[10][20][30];
        a[9][19][29] = 10;
        printf("a[9][19][29]=%d\n", a[9][19][29]);
        delete [] a;
    }

}

对于您的实际问题,由于可能存在两个未知维度,因此我的提案存在问题,只允许一个未知维度.有几种方法可以解决这个问题.

好消息是使用变量现在可以使用C,它被称为可变长度数组.你看这里的细节.

    int x = 100;
    int y = 200;
    int z = 30;

    {
        // C Style Static 3D Arrays 
        int a[x][y][z];
        a[99][199][29] = 10;
        printf("a[99][199][29]=%d\n", a[99][199][29]);
    }

    {
        // C Style dynamic 3D Arrays
        int (*a)[y][z];
        a = (int (*)[y][z])malloc(x*y*z*sizeof(int));
        a[99][199][29] = 10;
        printf("a[99][199][29]=%d\n", a[99][199][29]);
        free(a);
    }

如果使用C++,最简单的方法可能是使用运算符重载来坚持数组语法:

    {
        class ThreeDArray {
            class InnerTwoDArray {
                int * data;
                size_t y;
                size_t z;
                public:
                InnerTwoDArray(int * data, size_t y, size_t z)
                    : data(data), y(y), z(z) {}

                public:
                int * operator [](size_t y){ return data + y*z; }
            };

            int * data;
            size_t x;
            size_t y;
            size_t z;
            public:
            ThreeDArray(size_t x, size_t y, size_t z) : x(x), y(y), z(z) {
                data = (int*)malloc(x*y*z*sizeof data);
            }

            ~ThreeDArray(){ free(data); }

            InnerTwoDArray operator [](size_t x){
                return InnerTwoDArray(data + x*y*z, y, z);
            }
        };

        ThreeDArray a(x, y, z);
        a[99][199][29] = 10;
        printf("a[99][199][29]=%d\n", a[99][199][29]);
    }

上面的代码有一些用于访问InnerTwoDArray的间接成本(但是一个好的编译器可能可以优化它)但是在堆上分配的数组只使用一个内存块.这通常是最有效的选择.

显然,即使上面的代码仍然简单明了,STL或BOOST做得很好,因此无需重新发明轮子.我仍然相信知道它可以轻松完成是有趣的.