Быстрое создание многомерных динамических массивов
В этом примере сначала выделяется память под массив указателей, потом M раз выделяется память под массивы. Во время удаления массива сначала M раз удаляются массивы, а потом удаляется массив указателей. Операции malloc и free затратные. Кроме того, выделение маленьких кусков памяти приводит к фрагментации памяти, так что последующее выделение памяти становится ещё медленнее.
Розовым обозначен массив указателей
Массив — это непрерывная последовательность байт. Массив не хранит своего размера. Указатель на массив хранит всего лишь адрес начала массива. Поэтому можно существенно ускорить выделение и освобождение памяти под массив. Выделяем сначала память под массив указателей, а затем первому элементу выделяем память под все массивы одновременно. Таким образом, первый элемент будет хранить адрес начала этого массива. С его помощью «делим» массив, раздавая его оставшимся указателям.
const int M = 100; const int N = 200; int **a = NULL; int i; a = (int**) malloc(M * sizeof(int*)); a[0] = (int*) malloc(M * N * sizeof(int)); for (i = 1; i < M; i++) < a[i] = a[0] + i * N; >//Важные действия free(a[0]); free(a);
Теперь нам необходимо всего две операции выделения памяти и две операции для освобождения.
Розовым обозначен массив указателей
У этого подхода есть и ещё одно важное преимущество. Массив a[0] по структуре становится похож на одномерный, так что его можно передавать как одномерный, например, для сортировки. Элементы расположены в нём по рядам, как в двумерном статическом массиве, поэтому без проблем можно его привести к типу указателя на массивы.
Можно пойти ещё дальше и заменить всё одним вызовом malloc: упаковать друг за другом сначала массив указателей, а потом массив массивов.
const int M = 100; const int N = 200; int **a = NULL; int i, j; a = (int**) malloc(M * sizeof(int*) + N * M * sizeof(int)); a[0] = (int*)(a + M); for (i = 1; i < M; i++) < a[i] = a[0] + i * N; >//Важные действия free(a);
Здесь всего одна операция выделения и одна освобождения.
Розовым обозначен массив указателей
Для массивов более высокой размерности выделение памяти остаётся очень похожим.
Скорость выполнения соотносится для данных способов выделения памяти как 404:13:12 для массива размером 100 x 200 типа int. Последние два способа выделения памяти, дабы не смущать неокрепшие умы, почти не используются в курсе, но на практике динамически выделять память под многомерные массивы лучше именно таким образом.
Рассмотрим выделение памяти под трёхмерный массив. Трёхмерный массив — массив указателей на указатели, которые ссылаются на массивы указателей, которые ссылаются на массивы объектов заданного типа. Выделение памяти под трёхмерный массив размером M*N*K, соответственно, потребует M + M*N операций выделения памяти и столько же для освобождения.
Серым обозначен массив указателей на указатели, розовым массив указателей
Первым делом объявим переменные
const int M = 10; const int N = 10; const int K = 10; int*** a = NULL; int* data; int** ptrs; int i, j, k;
Здесь a — наш будущий трёхмерный массив, data — вспомогательная переменная, которая хранит адрес, по которому начинаются непосредственно данные (белым цветом на рисунке). ptrs — вспомогательная переменная, которая хранит адрес, по которому начинаются массивы указателей (розовый на рисунке).
Для начала выделим память под массив
a = (int***) malloc(M * sizeof(int**) + M*N * sizeof(int*) + M*N*K * sizeof(int));
Затем инициализируем вспомогательные переменные
ptrs = (int**) (a + M); data = (int*) (a + M + M*N);
Затем надо инициализировать массив указателей на указатели
for (i = 0; i
Но также нужно инициализировать каждый из массивов указателей
for (i = 0; i < M; i++) < a[i] = ptrs + i*N; for (j = 0; j < N; j++) < a[i][j] = data + j * N*K; >>
Теперь наш массив принимает вид:
Серым обозначен массив указателей на указатели, розовым массив указателей
const int M = 10; const int N = 10; const int K = 10; int*** a = NULL; int* data; int** ptrs; int i, j, k, q; a = (int***) malloc(M * sizeof(int**) + M*N * sizeof(int*) + M*N*K * sizeof(int)); ptrs = (int**) (a + M); data = (int*) (a + M + M*N); q = 0; for (i = 0; i < M; i++) < a[i] = ptrs + i*N; for (j = 0; j < N; j++) < a[i][j] = data + (q++) * N*K; >>
ru-Cyrl 18- tutorial Sypachev S.S. 1989-04-14 sypachev_s_s@mail.ru Stepan Sypachev students
Всё ещё не понятно? – пиши вопросы на ящик
Как выделить память для большого двумерного массива в Си?
Я работаю с большим двумерным массивом. В случае, когда он размером 30 x 200, все считается. При больших объемах программа вылетает. Мне посоветовали использовать memset(), но что-то не особо помогает. Может быть у вас есть какие идеи?
#include #include #include #include double **B; int main (int argc, char *argv[]) < int N, n_A; N = 32; n_A = 350; /* если сделать n_A = 200, то все работает */ B = (double **)malloc(N * sizeof(double *)); for(i = 0; i < N; i++) < B[i] = (double *)malloc(n_A * sizeof(double)); memset(B[i], 0, n_A * sizeof(double)); >free(B); return 0; > Отслеживать
81.6k 9 9 золотых знаков 78 78 серебряных знаков 136 136 бронзовых знаков
задан 22 фев 2011 в 20:59
Alcheringa Alcheringa
33 2 2 золотых знака 2 2 серебряных знака 4 4 бронзовых знака
Ну не знаю, скопировал, объявил i, скомпилял, работает.
Чем собираешь, когда сыпется что говорит?
Изменил n_A на 3500 тоже работает.
22 фев 2011 в 21:19
У меня тоже работает. Нужно поменять n_A на 1000000000, и оно упадет 🙂
22 фев 2011 в 21:20
Я могу только предположить. Попробуйте написать под x64)
3 мар 2011 в 22:13
3 ответа 3
Сортировка: Сброс на вариант по умолчанию
В целом код правильный, но нужно добавить проверку при выделении памяти: это необходимо, потому что памяти может просто не хватать, и в этом случае программа будет падать, потому что будет происходить запись в несуществующую память. То есть всякий раз, когда происходит вызов malloc, необходимо проверить, что возвращаемое значение не равно NULL.
B = (double **)malloc(N * sizeof(double *)); /* Проверить, что память выделена */ if (B != NULL) < for(i = 0; i < N; i++) < B[i] = (double *)malloc(n_A * sizeof(double)); /* Проверить, что память выделена */ if (B[i] != NULL) < memset(B[i], 0, n_A * sizeof(double)); free(B[i]); >> free(B); > Кроме того, нужно не забывать освобождать память, выделяемую malloc внутри цикла, иначе будут утечки.
Динамическое выделение памяти
Теги: Си память, malloc, calloc, realloc, free, Ошибки выделения памяти, Висячие указатели, Динамические массивы, Многомерные динамические массивы.
- Функция malloc
- Освобождение памяти с помощью free
- Работа с двумерными и многомерными массивами
- Функция calloc
- Функция realloc
- Типичные ошибки при динамической работе с памятью
- Различные аргументы realloc и malloc
malloc
В предыдущей главе уже обсуждалось, что локальные переменные кладутся на стек и существую до тех пор, пока мы не вышли из функции. С одной стороны, это позволяет автоматически очищать память, с другой стороны, существует необходимость в переменных, время жизни которых мы можем контролировать самостоятельно. Кроме того, нам необходимо динамическое выделение памяти, когда размер используемого пространства заранее не известен. Для этого используется выделение памяти на куче. Недостатков у такого подхода два: во-первых, память необходимо вручную очищать, во-вторых, выдеение памяти – достаточно дорогостоящая операция.
Для выделения памяти на куче в си используется функция malloc (memory allocation) из библиотеки stdlib.h
void * malloc(size_t size);
Функция выделяет size байтов памяти и возвращает указатель на неё. Если память выделить не удалось, то функция возвращает NULL. Так как malloc возвращает указатель типа void, то его необходимо явно приводить к нужному нам типу. Например, создадим указатель, после этого выделим память размером в 100 байт.
#include #include #include void main()
После того, как мы поработали с памятью, необходимо освободить память функцией free.
Используя указатель, можно работать с выделенной памятью как с массивом. Пример: пользователь вводит число – размер массива, создаём массив этого размера и заполняем его квадратами чисел по порядку. После этого выводим и удаляем массив.
#include #include #include void main() < const int maxNumber = 100; int *p = NULL; unsigned i, size; do < printf("Enter number from 0 to %d: ", maxNumber); scanf("%d", &size); if (size < maxNumber) < break; >> while (1); p = (int*) malloc(size * sizeof(int)); for (i = 0; i < size; i++) < p[i] = i*i; >for (i = 0; i < size; i++) < printf("%d ", p[i]); >_getch(); free(p); >
p = (int*) malloc(size * sizeof(int));
Здесь (int *) – приведение типов. Пишем такой же тип, как и у указателя.
size * sizeof(int) – сколько байт выделить. sizeof(int) – размер одного элемента массива.
После этого работаем с указателем точно также, как и с массивом. В конце не забываем удалять выделенную память.
Теперь представим на рисунке, что у нас происходило. Пусть мы ввели число 5.
Функция malloc выделила память на куче по определённому адресу, после чего вернула его. Теперь указатель p хранит этот адрес и может им пользоваться для работы. В принципе, он может пользоваться и любым другим адресом.
Когда функция malloc «выделяет память», то она резервирует место на куче и возвращает адрес этого участка. У нас будет гарантия, что компьютер не отдаст нашу память кому-то ещё. Когда мы вызываем функцию free, то мы освобождаем память, то есть говорим компьютеру, что эта память может быть использована кем-то другим. Он может использовать нашу память, а может и нет, но теперь у нас уже нет гарантии, что эта память наша. При этом сама переменная не зануляется, она продолжает хранить адрес, которым ранее пользовалась.
Это очень похоже на съём номера в отеле. Мы получаем дубликат ключа от номера, живём в нём, а потом сдаём комнату обратно. Но дубликат ключа у нас остаётся. Всегда можно зайти в этот номер, но в нём уже кто-то может жить. Так что наша обязанность – удалить дубликат.
Иногда думают, что происходит «создание» или «удаление» памяти. На самом деле происходит только перераспределение ресурсов.
Освобождение памяти с помощью free
Т еперь рассмотри, как происходит освобождение памяти. Переменная указатель хранит адрес области памяти, начиная с которого она может им пользоваться. Однако, она не хранит размера этой области. Откуда тогда функция free знает, сколько памяти необходимо освободить?
- 1. Можно создать карту, в которой будет храниться размер выделенного участка. Каждый раз при освобождении памяти компьютер будет обращаться к этим данным и получать нужную информацию.
- 2. Второе решение более распространено. Информация о размере хранится на куче до самих данных. Таким образом, при выделении памяти резервируется места больше и туда записывается информация о выделенном участке. При освобождении памяти функция free «подсматривает», сколько памяти необходимо удалить.
Работа с двумерными и многомерными массивами
Д ля динамического создания двумерного массива сначала необходимо создать массив указателей, после чего каждому из элементов этого массива присвоить адрес нового массива.
Для удаления массива необходимо повторить операцию в обратном порядке — удалить сначала подмассивы, а потом и сам массив указателей.
#include #include #include #define COL_NUM 10 #define ROW_NUM 10 void main() < float **p = NULL; unsigned i; p = (float**) malloc(ROW_NUM * sizeof(float*)); for (i = 0; i < ROW_NUM; i++) < p[i] = (float*) malloc(COL_NUM * sizeof(float)); >//Здесь какой-то важный код for (i = 0; i < ROW_NUM; i++) < free(p[i]); >free(p); >
- 1. Создавать массивы «неправильной формы», то есть массив строк, каждая из которых имеет свой размер.
- 2. Работать по отдельности с каждой строкой массива: освобождать память или изменять размер строки.
Создадим «треугольный» массив и заполним его значениями
#include #include #include #define SIZE 10 void main() < int **A; int i, j; A = (int**) malloc(SIZE * sizeof(int*)); for (i = 0; i < SIZE; i++) < A[i] = (int*) malloc((i + 1) * sizeof(int)); >for (i = 0; i < SIZE; i++) < for (j = i; j >0; j--) < A[i][j] = i * j; >> for (i = 0; i < SIZE; i++) < for (j = i; j >0; j--) < printf("%d ", A[i][j]); >printf("\n"); > for (i = SIZE-1; i > 0; i--) < free(A[i]); >free(A); _getch(); >
Чтобы создать трёхмерный массив, по аналогии, необходимо сначала определить указатель на указатель на указатель, после чего выделить память под массив указателей на указатель, после чего проинициализировать каждый из массивов и т.д.
calloc
Ф ункция calloc выделяет n объектов размером m и заполняет их нулями. Обычно она используется для выделения памяти под массивы. Синтаксис
void* calloc(size_t num, size_t size);
realloc
Е щё одна важная функция – realloc (re-allocation). Она позволяет изменить размер ранее выделенной памяти и получает в качестве аргументов старый указатель и новый размер памяти в байтах:
void* realloc(void* ptr, size_t size)
Функция realloc может как использовать ранее выделенный участок памяти, так и новый. При этом не важно, меньше или больше новый размер – менеджер памяти сам решает, где выделять память.
Пример – пользователь вводит слова. Для начала выделяем под слова массив размером 10. Если пользователь ввёл больше слов, то изменяем его размер, чтобы хватило места. Когда пользователь вводит слово end, прекращаем ввод и выводим на печать все слова.
#include #include #include #include #define TERM_WORD "end" #define SIZE_INCREMENT 10 void main() < //Массив указателей на слова char **words; //Строка, которая используется для считывания введённого пользователем слова char buffer[128]; //Счётчик слов unsigned wordCounter = 0; //Длина введённого слова unsigned length; //Размер массива слов. Для уменьшения издержек на выделение памяти //каждый раз будем увеличивать массив слов не на одно значение, а на //SIZE_INCREMENT слов unsigned size = SIZE_INCREMENT; int i; //Выделяем память под массив из size указателей words = (char**) malloc(size*sizeof(char*)); do < printf("%d: ", wordCounter); scanf("%127s", buffer); //Функция strcmp возвращает 0, если две строки равны if (strcmp(TERM_WORD, buffer) == 0) < break; >//Определяем длину слова length = strlen(buffer); //В том случае, если введено слов больше, чем длина массива, то //увеличиваем массив слов if (wordCounter >= size) < size += SIZE_INCREMENT; words = (char**) realloc(words, size*sizeof(char*)); >//Выделяем память непосредственно под слово //на 1 байт больше, так как необходимо хранить терминальный символ words[wordCounter] = (char*) malloc(length + 1); //Копируем слово из буффера по адресу, который //хранится в массиве указателей на слова strcpy(words[wordCounter], buffer); wordCounter++; > while(1); for (i = 0; i < wordCounter; i++) < printf("%s\n", words[i]); >_getch(); for (i = 0; i < wordCounter; i++) < free(words[i]); >free(words); >
Хочу обратить внимание, что мы при выделении памяти пишем sizeof(char*), потому что размер указателя на char не равен одному байту, как размер переменной типа char.
Ошибки при выделении памяти
1. Бывает ситуация, при которой память не может быть выделена. В этом случае функция malloc (и calloc) возвращает NULL. Поэтому, перед выделением памяти необходимо обнулить указатель, а после выделения проверить, не равен ли он NULL. Так же ведёт себя и realloc. Когда мы используем функцию free проверять на NULL нет необходимости, так как согласно документации free(NULL) не производит никаких действий. Применительно к последнему примеру:
#include #include #include #include #define TERM_WORD "end" #define SIZE_INCREMENT 10 void main() < char **words; char buffer[128]; unsigned wordCounter = 0; unsigned length; unsigned size = SIZE_INCREMENT; int i; if (!(words = (char**) malloc(size*sizeof(char*)))) < printf("Error: can't allocate memory"); _getch(); exit(1); >do < printf("%d: ", wordCounter); scanf("%127s", buffer); if (strcmp(TERM_WORD, buffer) == 0) < break; >length = strlen(buffer); if (wordCounter >= size) < size += SIZE_INCREMENT; if (!(words = (char**) realloc(words, size*sizeof(char*)))) < printf("Error: can't reallocate memory"); _getch(); exit(2); >> if (!(words[wordCounter] = (char*)malloc(length + 1))) < printf("Error: can't allocate memory"); _getch(); exit(3); >strcpy(words[wordCounter], buffer); wordCounter++; > while(1); for (i = 0; i < wordCounter; i++) < printf("%s\n", words[i]); >_getch(); for (i = 0; i < wordCounter; i++) < free(words[i]); >free(words); >
Хотелось бы добавить, что ошибки выделения памяти могут случиться, и просто выходить из приложения и выкидывать ошибку плохо. Решение зависит от ситуации. Например, если не хватает памяти, то можно подождать некоторое время и после этого опять попытаться выделить память, или использовать для временного хранения файл и переместить туда часть объектов. Или выполнить очистку, сократив используемую память и удалив ненужные объекты.
2. Изменение указателя, который хранит адрес выделенной области памяти. Как уже упоминалось выше, в выделенной области хранятся данные об объекте — его размер. При удалении free получает эту информацию. Однако, если мы изменили указатель, то удаление приведёт к ошибке, например
#include #include #include void main() < int *p = NULL; if (!(p = (int*) malloc(100 * sizeof(int)))) < printf("Error"); exit(1); >//Изменили указатель p++; //Теперь free не может найти метаданные об объекте free(p); //На некоторых компиляторах ошибки не будет _getch(); >
Таким образом, если указатель хранит адрес, то его не нужно изменять. Для работы лучше создать дополнительную переменную указатель, с которой работать дальше.
3. Использование освобождённой области. Почему это работает в си, описано выше. Эта ошибка выливается в другую – так называемые висячие указатели (dangling pointers или wild pointers). Вы удаляете объект, но при этом забываете изменить значение указателя на NULL. В итоге, он хранит адрес области памяти, которой уже нельзя воспользоваться, при этом проверить, валидная эта область или нет, у нас нет возможности.
#include #include #include #define SIZE 10 void main() < int *p = NULL; int i; p = (int*) malloc(SIZE * sizeof(int)); for (i = 0; i < SIZE; i++) < p[i] = i; >free(p); for (i = 0; i < SIZE; i++) < printf("%i ", p[i]); >_getch(); >
Эта программа отработает и выведет мусор, или не мусор, или не выведет. Поведение не определено.
Если же мы напишем
free(p); p = NULL;
то программа выкинет исключение. Это определённо лучше, чем неопределённое поведение. Если вы освобождаете память и используете указатель в дальнейшем, то обязательно обнулите его.
4. Освобождение освобождённой памяти. Пример
#include #include void main()
Здесь дважды вызывается free для переменной a. При этом, переменная a продолжает хранить адрес, который может далее быть передан кому-нибудь для использования. Решение здесь такое же как и раньше — обнулить указатель явно после удаления:
#include #include void main() < int *a, *b; a = (int*) malloc(sizeof(int)); free(a); a = NULL; b = (int*) malloc(sizeof(int)); free(a);//вызов free(NULL) ничего не делает free(b); b = NULL; _getch(); >
5. Одновременная работа с двумя указателями на одну область памяти. Пусть, например, у нас два указателя p1 и p2. Если под первый указатель была выделена память, то второй указатель может запросто скомпрометировать эту область:
#include #include #include #define SIZE 10 void main() < int *p1 = NULL; int *p2 = NULL; size_t i; p1 = malloc(sizeof(int) * SIZE); p2 = p1; for (i = 0; i < SIZE; i++) < p1[i] = i; >p2 = realloc(p1, SIZE * 5000 * sizeof(int)); for (i = 0; i < SIZE; i++) < printf("%d ", p1[i]); >printf("\n"); for (i = 0; i < SIZE; i++) < printf("%d ", p2[i]); >_getch(); >
Рассмотрим код ещё раз.
int *p1 = NULL; int *p2 = NULL; size_t i; p1 = malloc(sizeof(int) * SIZE); p2 = p1;
Теперь оба указателя хранят один адрес.
p2 = realloc(p1, SIZE * 5000 * sizeof(int));
А вот здесь происходит непредвиденное. Мы решили выделить под p2 новый участок памяти. realloc гарантирует сохранение контента, но вот сам указатель p1 может перестать быть валидным. Есть разные ситуации. Во-первых, вызов malloc мог выделить много памяти, часть которой не используется. После вызова ничего не поменяется и p1 продолжит оставаться валидным. Если же потребовалось перемещение объекта, то p1 может указывать на невалидный адрес (именно это с большой вероятностью и произойдёт в нашем случае). Тогда p1 выведет мусор (или же произойдёт ошибка, если p1 полезет в недоступную память), в то время как p2 выведет старое содержимое p1. В этом случае поведение не определено.
Два указателя на одну область памяти это вообще-то не ошибка. Бывают ситуации, когда без них не обойтись. Но это очередное минное поле для программиста.
Различные аргументы realloc и malloc.
При вызове функции malloc, realloc и calloc с нулевым размером поведение не определено. Это значит, что может быть возвращён как NULL, так и реальный адрес. Им можно пользоваться, но к нему нельзя применять операцию разадресации.
Вызов realloc(NULL, size_t) эквиваленте вызову malloc(size_t).
Однако, вызов realloc(NULL, 0) не эквивалентен вызову malloc(0) 🙂 Понимайте это, как хотите.
Примеры
1. Простое скользящее среднее равно среднему арифметическому функции за период n. Пусть у нас имеется ряд измерений значения функции. Часто эти измерения из-за погрешности «плавают» или на них присутствуют высокочастотные колебания. Мы хотим сгладить ряд, для того, чтобы избавиться от этих помех, или для того, чтобы выявить общий тренд. Самый простой способ: взять n элементов ряда и получить их среднее арифметическое. n в данном случае — это период простого скользящего среднего. Так как мы берём n элементов для нахождения среднего, то в результирующем массиве будет на n чисел меньше.
Пусть есть ряд
1, 4, 4, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 11, 15
Тогда если период среднего будет 3, то мы получим ряд
(1+4+4)/3, (4+4+6)/3, (4+6+7)/3, (6+7+8)/3, (7+8+9)/3, (8+9+11)/3, (9+11+12)/3, (11+12+11)/3, (12+11+15)/3
Видно, что сумма находится в «окне», которое скользит по ряду. Вместо того, чтобы каждый раз в цикле находить сумму, можно найти её для первого периода, а затем вычитать из суммы крайнее левое значение предыдущего периода и прибавлять крайнее правое значение следующего.
Будем запрашивать у пользователя числа и период, а затем создадим новый массив и заполним его средними значениями.
#include #include #include #define MAX_INCREMENT 20 void main() < //Считанные числа float *numbers = NULL; //Найденные значения float *mean = NULL; float readNext; //Максимальный размер массива чисел unsigned maxSize = MAX_INCREMENT; //Количество введённых чисел unsigned curSize = 0; //Строка для считывания действия char next[2]; //Шаг unsigned delta; //float переменная для хранения шага float realDelta; unsigned i, j; //Сумма чисел float sum; numbers = (float*) malloc(maxSize * sizeof(float)); do < //Пока пользователь вводит строку, которая начинается с y или Y, //то продолжаем считывать числа printf("next? [y/n]: "); scanf("%1s", next); if (next[0] == 'y' || next[0] == 'Y') < printf("%d. ", curSize); scanf("%f", &readNext); if (curSize >= maxSize) < maxSize += MAX_INCREMENT; numbers = (float*) realloc(numbers, maxSize * sizeof(float)); >numbers[curSize] = readNext; curSize++; > else < break; >> while(1); //Считываем период, он должен быть меньше, чем //количество элементов в массиве. Если оно равно, //то результатом станет среднее арифметическое всех введённых чисел do < printf("enter delta (>=%d): ", curSize); scanf("%d", &delta); if (delta > while(1); realDelta = (float) delta; //Находим среднее для первого периода mean = (float*) malloc(curSize * sizeof(float)); sum = 0; for (i = 0; i < delta; i++) < sum += numbers[i]; >//Среднее для всех остальных mean[0] = sum / delta; for (i = delta, j = 1; i < curSize; i++, j++) < sum = sum - numbers[j-1] + numbers[i]; mean[j] = sum / realDelta; >//Выводим. Чисел в массиве mean меньше на delta curSize = curSize - delta + 1; for (i = 0; i < curSize; i++) < printf("%.3f ", mean[i]); >free(numbers); free(mean); _getch(); >
Это простой пример. Большая его часть связана со считыванием данных, вычисление среднего всего в девяти строчках.
2. Сортировка двумерного массива. Самый простой способ сортировки — перевести двумерный массив MxN в одномерный размером M*N, после чего отсортировать одномерный массив, а затем заполнить двумерный массив отсортированными данными. Чтобы не тратить место под новый массив, мы поступим по-другому: если проходить по всем элементам массива k от 0 до M*N, то индексы текущего элемента можно найти следующим образом:
j = k / N;
i = k — j*M;
Заполним массив случайными числами и отсортируем
#include #include #include #include #define MAX_SIZE_X 20 #define MAX_SIZE_Y 20 void main() < int **mrx = NULL; int tmp; unsigned i, j, ip, jp, k, sizeX, sizeY, flag; printf("cols: "); scanf("%d", &sizeY); printf("rows: "); scanf("%d", &sizeX); //Если введённый размер больше MAX_SIZE_?, то присваиваем //значение MAX_SIZE_? sizeX = sizeX > //Выводим массив for (i = 0; i < sizeX; i++) < for (j = 0; j < sizeY; j++) < printf("%6d ", mrx[i][j]); >printf("\n"); > //Сортируем пузырьком, обходя все sizeX*sizeY элементы do < flag = 0; for (k = 1; k < sizeX * sizeY; k++) < //Вычисляем индексы текущего элемента j = k / sizeX; i = k - j*sizeX; //Вычисляем индексы предыдущего элемента jp = (k-1) / sizeX; ip = (k-1) - jp*sizeX; if (mrx[i][j] >mrx[ip][jp]) < tmp = mrx[i][j]; mrx[i][j] = mrx[ip][jp]; mrx[ip][jp] = tmp; flag = 1; >> > while(flag); printf("-----------------------\n"); for (i = 0; i < sizeX; i++) < for (j = 0; j < sizeY; j++) < printf("%6d ", mrx[i][j]); >free(mrx[i]); printf("\n"); > free(mrx); _getch(); >
3. Бином Ньютона. Создадим треугольную матрицу и заполним биномиальными коэффициентами
#include #include #include #define MAX_BINOM_HEIGHT 20 void main() < int** binom = NULL; unsigned height; unsigned i, j; printf("Enter height: "); scanf("%d", &height); height = height binom[0][0] = 1; for (i = 1; i < height; i++) < binom[i][0] = binom[i][i] = 1; for (j = i - 1; j >0; j--) < binom[i][j] = binom[i-1][j-1] + binom[i-1][j]; >> for (i = 0; i < height; i++) < for (j = 0; j free(binom[i]); printf("\n"); > free(binom); _getch(); >
Если Вы желаете изучать этот материал с преподавателем, советую обратиться к репетитору по информатике
ru-Cyrl 18- tutorial Sypachev S.S. 1989-04-14 sypachev_s_s@mail.ru Stepan Sypachev students
Всё ещё не понятно? – пиши вопросы на ящик
Динамическое выделение памяти в Си
Очень часто возникают задачи обработки массивов данных, размерность которых заранее неизвестна. В этом случае возможно использование одного из двух подходов:
- выделение памяти под статический массив, содержащий максимально возможное число элементов, однако в этом случае память расходуется не рационально;
- динамическое выделение памяти для хранение массива данных.
Для использования функций динамического выделения памяти необходимо описать указатель, представляющий собой начальный адрес хранения элементов массива.
int *p; // указатель на тип int
Начальный адрес статического массива определяется компилятором в момент его объявления и не может быть изменен.
Для динамического массива начальный адрес присваивается объявленному указателю на массив в процессе выполнения программы.
Стандартные функции динамического выделения памяти
Функции динамического выделения памяти находят в оперативной памяти непрерывный участок требуемой длины и возвращают начальный адрес этого участка.
Функции динамического распределения памяти:
void * malloc(РазмерМассиваВБайтах);
void * calloc(ЧислоЭлементов, РазмерЭлементаВБайтах);
Для использования функций динамического распределения памяти необходимо подключение библиотеки :
Поскольку обе представленные функции в качестве возвращаемого значения имеют указатель на пустой тип void , требуется явное приведение типа возвращаемого значения.
Для определения размера массива в байтах, используемого в качестве аргумента функции malloc() требуется количество элементов умножить на размер одного элемента. Поскольку элементами массива могут быть как данные простых типов, так и составных типов (например, структуры), для точного определения размера элемента в общем случае рекомендуется использование функции
int sizeof (тип);
которая определяет количество байт, занимаемое элементом указанного типа.
Память, динамически выделенная с использованием функций calloc(), malloc() , может быть освобождена с использованием функции
free(указатель);
«Правилом хорошего тона» в программировании является освобождение динамически выделенной памяти в случае отсутствия ее дальнейшего использования. Однако если динамически выделенная память не освобождается явным образом, она будет освобождена по завершении выполнения программы.
Динамическое выделение памяти для одномерных массивов
Форма обращения к элементам массива с помощью указателей имеет следующий вид:
int a[10], *p; // описываем статический массив и указатель
int b;
p = a; // присваиваем указателю начальный адрес массива
… // ввод элементов массива
b = *p; // b = a[0];
b = *(p+i) // b = a[i];
Пример на Си : Организация динамического одномерного массива и ввод его элементов.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
int main()
int * a; // указатель на массив
int i, n;
system( «chcp 1251» );
system( «cls» );
printf( «Введите размер массива: » );
scanf( «%d» , &n);
// Выделение памяти
a = ( int *)malloc(n * sizeof ( int ));
// Ввод элементов массива
for (i = 0; i < n; i++)
printf( «a[%d] = » , i);
scanf( «%d» , &a[i]);
>
// Вывод элементов массива
for (i = 0; i < n; i++)
printf( «%d » , a[i]);
free(a);
getchar(); getchar();
return 0;
>
Результат выполнения программы:
Динамическое выделение памяти для двумерных массивов
Пусть требуется разместить в динамической памяти матрицу, содержащую n строк и m столбцов. Двумерная матрица будет располагаться в оперативной памяти в форме ленты, состоящей из элементов строк. При этом индекс любого элемента двумерной матрицы можно получить по формуле
index = i*m+j;
где i — номер текущей строки; j — номер текущего столбца.
Рассмотрим матрицу 3×4 (см. рис.)
Индекс выделенного элемента определится как
index = 1*4+2=6
Объем памяти, требуемый для размещения двумерного массива, определится как
n·m·(размер элемента)
Однако поскольку при таком объявлении компилятору явно не указывается количество элементов в строке и столбце двумерного массива, традиционное обращение к элементу путем указания индекса строки и индекса столбца является некорректным:
a [j] — некорректно.
Правильное обращение к элементу с использованием указателя будет выглядеть как
*(p+i*m+j),
- p — указатель на массив,
- m — количество столбцов,
- i — индекс строки,
- j — индекс столбца.
Пример на Си Ввод и вывод значений динамического двумерного массива
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
int main()
int * a; // указатель на массив
int i, j, n, m;
system( «chcp 1251» );
system( «cls» );
printf( «Введите количество строк: » );
scanf( «%d» , &n);
printf( «Введите количество столбцов: » );
scanf( «%d» , &m);
// Выделение памяти
a = ( int *)malloc(n * m * sizeof ( int ));
// Ввод элементов массива
for (i = 0; i < n; i++) // цикл по строкам
for (j = 0; j < m; j++) // цикл по столбцам
printf( «a[%d][%d] = » , i, j);
scanf( «%d» , (a + i * m + j));
>
>
// Вывод элементов массива
for (i = 0; i < n; i++) // цикл по строкам
for (j = 0; j < m; j++) // цикл по столбцам
printf( «%5d » , *(a + i * m + j)); // 5 знакомест под элемент массива
>
printf( «\n» );
>
free(a);
getchar(); getchar();
return 0;
>
Возможен также другой способ динамического выделения памяти под двумерный массив — с использованием массива указателей. Для этого необходимо:
- выделить блок оперативной памяти под массив указателей;
- выделить блоки оперативной памяти под одномерные массивы, представляющие собой строки искомой матрицы;
- записать адреса строк в массив указателей.
Графически такой способ выделения памяти можно представить следующим образом.
При таком способе выделения памяти компилятору явно указано количество строк и количество столбцов в массиве.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
int main()
int ** a; // указатель на указатель на строку элементов
int i, j, n, m;
system( «chcp 1251» );
system( «cls» );
printf( «Введите количество строк: » );
scanf( «%d» , &n);
printf( «Введите количество столбцов: » );
scanf( «%d» , &m);
// Выделение памяти под указатели на строки
a = ( int **)malloc(n * sizeof ( int *));
// Ввод элементов массива
for (i = 0; i < n; i++) // цикл по строкам
// Выделение памяти под хранение строк
a[i] = ( int *)malloc(m * sizeof ( int ));
for (j = 0; j < m; j++) // цикл по столбцам
printf( «a[%d][%d] = » , i, j);
scanf( «%d» , &a[i][j]);
>
>
// Вывод элементов массива
for (i = 0; i < n; i++) // цикл по строкам
for (j = 0; j < m; j++) // цикл по столбцам
printf( «%5d » , a[i][j]); // 5 знакомест под элемент массива
>
printf( «\n» );
>
// Очистка памяти
for (i = 0; i < n; i++) // цикл по строкам
free(a[i]); // освобождение памяти под строку
free(a);
getchar(); getchar();
return 0;
>
Результат выполнения программы аналогичен предыдущему случаю.