如何在没有内存操作的情况下在 C++ 和 STL 中定义二维数组？

Question

在 C++ 和 STL 中有几种方法可以在不进行内存操作的情况下定义二维数组，以下代码说明了两种不同的方法：

int main () 
{
    /**************
        1   2   3
        4   5   6
    ***************/
    // Method 1
    const int ROW = 2;
    const int COL = 3;
    int array1[ROW][COL];
    for(int i=0; i<ROW; i++)
        for(int j=0; j<COL; j++)
            array1[i][j] = i*COL+j+1;

    // Method 2
    typedef vector<vector<int> > ARRAY; 
    ARRAY array2;
    vector<int> rowvector;
    for(int i=0; i<ROW; i++)
    {
        rowvector.clear();
        for(int j=0; j<COL; j++)
            rowvector.push_back(i*COL+j+1);
        array2.push_back(rowvector);
    }
    return 0;
}

我的问题是：还有其他方法可以定义二维数组吗？ 哪一种是最有效的？ 谢谢！

Answer 1

在 C++11 中使用std::array ：

  std::array<std::array<int,3>,2> a {{
    {{1,2,3}},
    {{4,5,6}}
 }};

一些用法：

  a[0][2] = 13;

Answer 2

定义数组的一种非常有效的方法是动态分配，使用new和delete运算符。 下面是一个例子：

int **arr=new int*[ROW];
for( int i=0; i<ROW; ++i ) {
  arr[i] = new int[COL];
  for( int j=0; j<COL; ++j ) {
    arr[i][j] = some_val;
  }
}

这种方法的一大优点是，当您不再需要数组使用的内存时，您可以轻松地将其删除。 以下是删除二维数组的示例：

for( int i=0; i<ROW; ++i ) {
  delete[] arr[i];
}
delete[] arr;   

Answer 3

这里有很多权衡。

如果你声明一个 C 风格的二维数组int array[height][width] ，那么你真的得到了一个连续的内存块。 编译器将索引转换为它们的一维地址

array[row][col] == *(array + row * width + col)

• 优点：缓存一致性。 所有的记忆都在同一个地方。
• 缺点：每个索引都需要乘法。 间接可能会更快。

如果您使用vector的vectors ，则每一行都单独分配。 外部vector存储指向内部vectors指针。 索引变成一个间接加法：

array[row][col] == *(*(array + row) + col)

• 优点：间接可能比乘法更快。
• 缺点：缓存不连贯，因为每一行都是单独分配的（除非实现针对vector<vector>进行了优化）。

如果性能真的很重要，您需要对两者进行测试并找出哪个在您的数据上更快。

Answer 4

一种常见的模式是将二维数组封装在提供适当接口的类中。 在这种情况下，您可以使用其他内部表示，例如rows*cols元素的单个向量。 接口（通常是operator()(int,int)会将调用者的坐标映射到线性向量中的某个位置。

优点是它具有动态分配，但是是单个分配（与std::vector<std::vector<int>> ，其中每个向量必须获取自己的内存）并且在单个块中提供数据的局部性。

Answer 5

还有其他方法来定义二维数组吗？

没有显式操作内存（malloc/free）。 如果使用静态分配的数组（第一个示例），则在编译时分配空间，因此无法在运行时添加更多行或列。

第二个示例使用std::vector向您隐藏动态内存分配。 通过这种方式，您最终可以在运行时添加更多行或列。

如果不需要动态修改数组维度，那么第一种方案是更简单更快的方案（即使我认为std::vector的实现速度足够快，可以媲美静态数组，更优雅，更面向对象） ）。

如果您需要在运行时修改数组维度，请使用 std::vector，因为它可以避免您直接处理 malloc 和 free。

Answer 6

要使用std::vector声明二维数组，您可以使用这种构造：

vector<vector<int> >  matrix( n, vector<int>(m, -1) );

这将创建一个大小为n x m的二维数组matrix ，所有元素都初始化为-1 。

它基本上是“用n个值val项初始化”构造函数的嵌套：

vector (size_type n, const value_type& val,
                 const allocator_type& alloc = allocator_type());

（构造函数定义从这里复制）

Answer 7

如果你事先知道元素，那么你可以做

int arr[2][3] = {{1,2, 3}, {4, 5, 6}};

这应该比方法 1 和方法 2 更有效。 使用向量，您不会自己进行内存操作，但向量实现可能会使用动态分配的数组。

Answer 8

你可以像这样 vector> m_2DArray;

然后一旦知道行数（行）和列数（列），就可以调整二维数组的大小

m_2DArray.resize(rows);

for(auto& el:m_2DArray) el.resize(columns);

您可以使用 m_2DArray[i][j] 访问二维数组中的数据，就像任何其他二维数组一样