3D數組如何存儲在C中？

Question

我知道C中的數組是按行主順序分配的。 因此，對於2 x 3陣列：

0  1
2  3
4  5

存儲在內存中

0 1 2 3 4 5

但是，如果我有一個2 x 3 x 2陣列怎么辦：

0  1
2  3
4  5

和

6  7
8  9
10 11

這些如何存儲在內存中？ 只是連續像：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

或者是其他方式？ 還是取決於什么？

Answer 1

在較低的層次上，沒有多維數組這樣的東西。 只有一個平坦的內存塊，大到足以容納給定數量的元素。 在C中，多維數組在概念上是一個數組，其元素也是數組。 所以，如果你這樣做：

int array[2][3];

從概念上講，你最終得到：

array[0] => [0, 1, 2]
array[1] => [0, 1, 2]

這導致元素在內存中連續排列，因為array[0]和array[1]實際上並不包含任何數據，它們只是對兩個內部數組的引用。 請注意，這意味着只有[0, 1, 2]條目實際占用內存空間。 如果將此模式擴展到下一個維度，您可以看到：

int array[2][3][2];

...會給你一個像這樣的結構：

array[0] => [0] => [0, 1]
            [1] => [0, 1]
            [2] => [0, 1]
array[1] => [0] => [0, 1]
            [1] => [0, 1]
            [2] => [0, 1]

繼續在內存中連續排列元素（如上所述，只有[0, 1]條目實際占用內存中的空間，其他所有內容只是對這些條目之一的引用的一部分）。 如您所見，無論您擁有多少維度，此模式都將繼續。

而且只是為了好玩：

int array[2][3][2][5];

給你：

array[0] => [0] => [0] => [0, 1, 2, 3, 4]
                   [1] => [0, 1, 2, 3, 4]
            [1] => [0] => [0, 1, 2, 3, 4]
                   [1] => [0, 1, 2, 3, 4]
            [2] => [0] => [0, 1, 2, 3, 4]
                   [1] => [0, 1, 2, 3, 4]
array[1] => [0] => [0] => [0, 1, 2, 3, 4]
                   [1] => [0, 1, 2, 3, 4]
            [1] => [0] => [0, 1, 2, 3, 4]
                   [1] => [0, 1, 2, 3, 4]
            [2] => [0] => [0, 1, 2, 3, 4]
                   [1] => [0, 1, 2, 3, 4]

Answer 2

所有“尺寸”都連續存儲在存儲器中。

考慮

    int arr[4][100][20];

你可以說arr[1]和arr[2] （類型為int[100][20] ）是連續的
或者arr[1][42]和arr[1][43] （類型為int[20] ）是連續的
或者arr[1][42][7]和arr[1][42][8] （ int類型）是連續的

Answer 3

是的，你是對的 - 它們是連續存儲的。 考慮這個例子：

#include <stdio.h>

int array3d[2][3][2] = {
  {{0, 1}, {2, 3}, {3, 4}},
  {{5, 6}, {7, 8}, {9, 10}}
};

int main()
{
  int i;
  for(i = 0; i < 12; i++) {
    printf("%d ", *((int*)array3d + i));
  }
  printf("\n");
  return 0;
}

輸出：

0 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10

Answer 4

是的，它們只是按順序存儲。 您可以像這樣測試：

#include <stdio.h>

int main (int argc, char const *argv[])
{
  int numbers [2][3][4] = {{{1,2,3,4},{5,6,7,8},{9,10,11,12}}
                          ,{{13,14,15,16},{17,18,19,20},{21,22,23,24}}};

  int i,j,k;

  printf("3D:\n");
  for(i=0;i<2;++i)
    for(j=0;j<3;++j)
      for(k=0;k<4;++k)
        printf("%i ", numbers[i][j][k]);

  printf("\n\n1D:\n");
  for(i=0;i<24;++i)
    printf("%i ", *((int*)numbers+i));

  printf("\n");

  return 0;
}

這意味着對具有維度（N，M，L）的多索引數組的訪問將轉換為ondimensional訪問，如下所示：

array[i][j][k] = array[M*L*i + L*j + k]

Answer 5

我想你已回答了自己的問題。 多維數組以行主順序存儲。

請參閱ANSI C規范第3.3.2.1節（還有一個具體示例）：

連續的下標運算符指定多維數組對象的成員。 如果E是具有維度ixj“x ... x”k的n維數組（n = 2），則E（用作除左值之外的值）被轉換為指向（n-1）維數組的指針尺寸為j“x ... x”k。 如果將unary *運算符顯式地應用於此指針，或者由於下標而隱式應用於該指針，則結果是指向的（n-1）維數組，如果將其用作除左值之外的其他數據本身將轉換為指針。 由此得出，數組以行主要順序存儲（最后一個下標變化最快）。

對於您的示例，您可以嘗試一下並查看 - http://codepad.org/10ylsgPj

Answer 6

假設你有一個數組char arr[3][4][5] 。 它是由3個5個字符陣列組成的3個數組的數組。

為簡單起見，假設arr[x][y][z]是xyz而在arr[1][2][3]我們存儲123 。

所以內存中的布局是：

  |  00  01  02  03  04  05  06  07  08  09  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19
--+--------------------------------------------------------------------------------   
00| 000 001 002 003 004 010 011 012 013 014 020 021 022 023 024 030 031 032 033 034 
20| 100 101 102 103 104 110 111 112 113 114 120 121 122 123 124 130 131 132 133 134 
40| 200 201 202 203 204 210 211 212 213 214 220 221 222 223 224 230 231 232 233 234

arr[0] ， arr[1]和arr[2]一個接一個地出現，但是char[4][5]類型中的每個元素（這些是表中的三行）。

arr[x][0] - arr[x][3]也是一個接一個地出現，其中的每個元素都是char[5]類型（這些是表中每行的四個部分，000 - 004是arr[0][0]一個元素

arr[x][y][0] - arr[x][y][4]是一個接一個地出現的5個字節。

Answer 7

回答OP對主要問題的評論（會有點長，所以我決定回答，而不是評論）：

C中的array[ny][nx]是否應聲明為array[ny][nx] ，其中ny和nx是y和x方向上的元素數。 此外，這是否意味着我的3D數組應該聲明為array[nz][ny][nx] ？

在數學中，MxN矩陣具有M行和N列。 矩陣元素的通常標記是a(i,j), 1<=i<=M, 1<=j<=N 所以你問題中的第一個矩陣是3x2矩陣。

實際上，它與通常用於例如GUI元素的符號不同。 800x600位圖水平（沿X軸）具有800個像素，垂直（沿Y軸）具有600個像素。 如果有人想將其描述為矩陣，那么在數學符號中它將是600x800矩陣（600行，800列）。

現在，C中的多維數組以這樣的方式存儲在存儲器中： a[i][j+1]緊挨a[i][j]而a[i+1][j]是N個元素。 通常說“最后一個下標變化最快”，或者通常稱為“按行存儲”：二維矩陣中的一行（即具有相同第一索引的元素）已連續放置在內存中而一列（相同的第二個索引） ）由遠離彼此的元素組成。 重要的是要了解性能方面的考慮：訪問鄰居元素通常要快得多（由於HW緩存等），因此例如應該組織嵌套循環，使最內層循環遍歷最后一個索引。

回到問題：如果你的2D數組的心理圖片（抽象）是Carthesian坐標中的格子，那么是的，你可以把它想象成C中的array[NY][NX] 。但是如果你需要描述將真實的2D或3D數據作為數組，索引的選擇可能取決於其他因素：數據格式，方便的符號，性能等。例如，如果位圖的內存中表示是array[NX][NY] in您需要使用的格式，您將以這種方式聲明它，也許您甚至不需要知道位圖變為“轉置”:)

Answer 8

3d數組是擴展的2d數組。

例如，我們有一個數組 - int arr（3）（5）（6）;

這是一個由兩個2d數組組成的數組，其中數組將具有4行和3列的2d數組。