在C中保存多维数组

Question

我之前A使用.mat文件将多维数组保存在Matlab中（例如，大小为100x100x100 的数组），并且效果很好。

在C中保存此类多维数组的最佳方法是什么？我能想到的唯一方法是将其存储为2D数组（例如，将KxNxM数组转换为KNxM数组），并在记住其保存方式时要小心。

还需要以一种可以稍后在Matlab中打开以进行后处理/绘图的方式保存它。

Answer 1

C做3D数组就好了：

double data[D0][D1][D2];
...
data[i][j][k] = ...;

尽管对于例如您的示例中的非常大的数组，您可能希望动态分配数组，而不是auto像上面那样将它们声明为变量，因为auto变量的空间（通常是堆栈，但并非总是如此）可能非常有限。

假设所有尺寸在编译时都是已知的，则可以执行以下操作：

#include <stdlib.h>
...
#define DO 100
#define D1 100
#define D2 100
...
double (*data)[D1][D2] = malloc(sizeof *data * D0);
if (data)
{
  ...
  data[i][j][k] = ...;
  ...
  free(data);
}

这将从堆中分配一个D0xD1xD2数组，您可以像访问任何常规3D数组一样访问它。

如果您的尺寸直到运行时才知道，但是您正在使用支持可变长度数组的C99编译器或C2011编译器，则可以执行以下操作：

#include <stdlib.h>
...
size_t d0, d1, d2;
d0 = ...;
d1 = ...;
d2 = ...;
...
double (*data)[d1][d2] = malloc(sizeof *data * d0);
if (data)
{
  // same as above
}

如果直到运行时才知道尺寸，并且您正在使用不支持可变长度数组的编译器（C89或更早版本，或者不支持VLA的C2011编译器），则需要采用其他方法。

如果需要连续分配内存，则需要执行以下操作：

size_t d0, d1, d2;
d0 = ...;
d1 = ...;
d2 = ...;
...
double *data = malloc(sizeof *data * d0 * d1 * d2);
if (data)
{
  ...
  data[i * d0 * d1 + j * d1 + k] = ...;
  ...
  free(data);
}

请注意，你有你的地图i，j和k索引到一个单一的指标值。

如果内存不需要是连续的，则可以像这样进行零碎分配：

double ***data;
...
data = malloc(d0 * sizeof *data);
if (data)
{
  size_t i;
  for (i = 0; i < d0; i++)
  {
    data[i] = malloc(d1 * sizeof *data[i]);
    if (data[i])
    {
      size_t j;
      for (j = 0; j < d1; j++)
      {
        data[i][j] = malloc(d2 * sizeof *data[i][j]);
        if (data[i][j])
        {
          size_t k;
          for (k = 0; k < d2; k++)
          {
            data[i][j][k] = initial_value();
          }
        }
      }
    }
  }
}

并重新分配为

for (i = 0; i < d0; i++)
{
  for (j = 0; j < d1; j++)
  {
    free(data[i][j]);
  }
  free(data[i]);
}
free(data);

不建议这样做，顺便说一句；即使它可以让你的索引data，就好像是一个三维阵列，代价是更复杂的代码，特别是如果malloc通过分配回路中途失败（那么你必须背出所有到目前为止您所做的分配）。由于不能保证内存的位置很好，这也可能会导致性能下降。

编辑

至于将这些数据保存在文件中，这取决于您需要执行的操作。

最可移植的是将数据另存为格式化的文本，例如：

#include <stdio.h>
FILE *dat = fopen("myfile.dat", "w"); // opens new file for writing
if (dat)
{
  for (i = 0; i < D0; i++)
  {
    for (j = 0; j < D1; j++)
    {
      for (k = 0; k < D2; k++)
      {
        fprintf(dat, "%f ", data[i][j][k]);
      }
      fprintf(dat, "\n");
    }
    fprintf(dat, "\n");
  }
}

这将数据以浮点数序列的形式写出，每行的末尾都有一个换行符，每个“页面”的末尾有两个换行符。读回数据本质上是相反的：

FILE *dat = fopen("myfile.dat", "r"); // opens file for reading
if (dat)
{
  for (i = 0; i < D0; i++)
    for (j = 0; j < D1; j++)
      for (k = 0; k < D2; k++)
        fscanf(dat, "%f", &data[i][j][k]);
}

请注意，这两个片段均假定阵列具有已知的固定大小，并且每次运行之间都不会改变。如果不是这种情况，显然您将不得不在文件中存储其他数据，以确定阵列需要多大。也没有类似错误处理的内容。

我不确定很多东西，因为我不确定您的目标是什么。