C如何在多維數組中分配數據項？

Question

我想知道C將如何分配多維數組的數據項，以及它們的分配是否跨機器一致。

我知道，在最低級別，數據項是鄰居，但我不知道他們如何進一步安排。

例如，如果我將3D數組分配爲int threeD[10][5][6]，我可以假設&(threeD[4][2][5]) + 1 == &(threeD[4][3][0])？在所有機器上？

在此先感謝您的幫助。

Answer 1

元素存儲在Row Major的順序。所以沿着最後維度的元素是連續的。但是，行之間的元素（如您的示例所示）不保證是連續的。這取決於如何分配初始內存。

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

// only elements in a single row are guaranteed to be 
// contiguous because of the multiple mallocs 
void main(void) 
{ 
// 3 rows, 4 columns 
int *a[3]; 

for (int row = 0; row < 3; row++) 
    a[row] = (int *)malloc(4*sizeof(int)); 
} 


// all elements are guaranteed to be contiguous 
// in a row major order. 
void main(void) 
{ 
// 3 rows, 4 columns 
int *a[3]; 

int *buf = (int *)malloc(3*4*sizeof(int)); 

for (int row = 0; row < 3; row++) 
    a[row] = buf+4*row; 

assert((&a[1][3] + 1) == &a[2][0]); 
} 

Answer 2

C標準在將數組下標和指針算術等同時非常具體，並指定數組按行的主要順序存儲。

考慮由該聲明

int x[3][5]; 

這裏x定義的陣列的對象是3×5陣列的整數;更確切地說，x是一個由三個元素對象組成的數組，每個元素都是一個由五個整數組成的數組。在相當於 (*((x)+(i))),x的表達式x[i]中，首先轉換爲指向五個整數的初始數組的指針。然後 i根據x的類型進行調整，其概念上需要將指針指向的對象的大小乘以i，即由五個int對象組成的數組。結果被添加並且間接被應用以產生五個整數的數組。當在表達式x[i][j]中使用時，該數組又被轉換爲指向第一個整數的指針，因此x[i][j]會生成一個int。

Answer 3

是的，在C編譯器的所有實現中，數組以行爲主要順序存儲。
標準說（我施加一些重新格式化）：

 
6.5.2.1 Array subscripting 
    Constraints 

3 Successive subscript operators designate an element of a multidimensional 
    array object. 
    If E is an n-dimensional array (n >= 2) with dimensions i * j * . . . * k, 
    then E (used a s other than an lvalue) is converted to a pointer to an 
    (n - 1)-dimensional array with dimensions j * . . . * k. 
    If the unary * operator is applied to this pointer explicitly, or 
    implicitly as a result of subscripting, the result is the pointed-to 
    (n - 1)-dimensional array, which itself is converted into a pointer if 
    used as other than an lvalue. It follows from this that arrays are stored 
    in row-major order (last subscript varies fastest). 

Answer 4

首先，在C語言中的地址算術僅給定陣列的邊界內定義。 （我想說「一維（SD）數組」），但從技術上講，C中的所有數組都是SD，多維數組構造爲SD數組的SD數組，這種數組視圖最適合於這個主題） 。在C中，您可以從指針開始到數組的開始，並使用加法操作在該數組內來回移動。你不能跨越你開始的數組的邊界，除非形成一個指向最後一個元素後面的虛構元素的指針是合法的。但是，當訪問元素（讀取和寫入）時，您只能訪問從您開始的陣列中真實存在的元素。其次，在你的例子'& threeD [4] [2] [5] + 1'中，你正在形成一個指向數組''3D [4] [2]的虛構「last-the-last」元素的指針， 」。這本身是合法的。但是，語言規範並不保證該指針等於'& threeD [4] [3] [0]'的地址。它唯一說的是它可能是等於。確實，語言規範強加給數組的其他要求幾乎「強制」了這種關係。但它沒有正式保證。一些迂腐的（有點惡意的）實現完全被允許使用某種編譯器魔術來打破這種關係。第三，實際訪問'*（threeD [4] [2] [5] + 1）'總是非法的。即使指針指向下一個數組，編譯器也可以執行必要的運行時檢查並生成分段錯誤，因爲您正在'threeD [4] [2]'數組上使用指針運算並嘗試訪問超出其界限的東西。第三，做'threeD [4] [2] [5] + 2'，'... + 3'等總是非法的，出於類似的原因（記住：最後一個是OK，但是2， 3個或更多是非法的）。最後，第五：是的，我知道在很多（如果不是大多數的話）（如果不是全部的話）將'TA [2] [3] [4]'陣列解釋爲扁平'TA [2 * 3 * 4]'陣列將工作。但是，從形式語言的角度來看，這是非法的。如果這個完美工作的代碼有一天會從靜態或動態代碼分析工具（如果不是來自編譯器本身）觸發大量的警告，請不要驚訝。