在C中为二维数组分配内存的最佳方法是什么？

Question

从C分配内存到two-d array的最佳方法是什么： memory-management和speed ？

另外，哪个更好用，一个two-d array （并为它分配内存）或一个double pointer ？ 有人可以详细解释一下，内部会发生什么，为什么一种方法比另一种更好？

Answer 1

为了获得最佳性能和最佳可读性，应始终将此类数组分配为连续的内存块：

type (*array) [X][Y] = malloc( sizeof(type[X][Y]) );

你应该避免这个：

// BAD METHOD, not a real array

type** lookup_table = malloc( X*sizeof(type*) );
for(size_t i=0; i<Y; i++)
{
  lookup_table[i] = malloc( Y*sizeof(type) );
}

由于种种原因，前者更快。 它被分配在一个连续的内存块中，而不是在整个堆中进行分段。 分段版本阻止了所有形式的代码优化和高效的片上数据缓存使用，而且实际分配也慢得多。

上面的“坏”版本有一个优点，那就是当您希望单个维度具有可变长度时，例如在为字符串创建查找表时。 然后你必须使用那个表格。 但是如果你想要一个真正的2D阵列，那么就没有理由不使用前者。

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请注意，第一个版本通常写为

type (*array) [Y] = malloc( sizeof(type[X][Y]) );

允许更方便的使用： array[i][j] ，而不是可读性较低的(*array)[i][j] 。

Answer 2

data_type (*mat)[size_2] = malloc(size_1 * size_2 * sizeof(data_type));

这将为一个数组（“2d数组”）分配连续的内存。 如果你不需要荒谬的¹个空间，这就是你要走的路。 您将减少内存碎片，提高缓存友好性并避免因使用malloc而产生过多开销。

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¹ _{对于一些（特定于应用程序）的荒谬定义}

Answer 3

给定一个固定的大小，你可以简单地说twoDimArray[100][100] ，它将在堆栈上分配它。 但是，在堆上分配时（无论是因为大小非常大还是因为大小是动态的），您有更多选项。

您可以分配一个指针数组，然后循环为每一行分配内存。 这对于缓存局部性来说是有问题的，但如果大小非常大并且您的访问是连续的，则非常好; 它允许合理数量的碎片而不会对性能产生巨大影响，因为阵列阵列可以与阵列本身分开，每个阵列可以彼此分开。 在线性访问场景中，您通常不会在内存区域之间跳转; 相反，你甚至可能在移动到一个新区域之前访问整行。

第二种方法是线性化访问并立即分配它们; 即，为sizex * sizey分配足够的内存，然后用(positiony * sizex) + positionx索引它; 也就是说，倒计数一些行然后跨越一些列。 这非常适合随机访问并改善缓存局部性，因为内存是连续的，但如果没有足够的连续内存可用，则可能会失败（如果需要比缓存更多的内存，则缓存局部性优势不适用）。