修改malloc的二维数组到C中的3d数组的function
我是C的新手，这是我写的第一个程序。 我的教授给了我们一个为2d数组分配内存的函数，叫做malloc2d。 我应该修改它来为一个3d数组分配内存，但对于CI这么新，我不知道如何去做。 我已经尝试过查看3D数组的其他malloc函数，但它们看起来与我给出的类似。 同样，我们有一个free2d函数，也需要针对3d数组进行修改。 以下是要修改的function：
void** malloc2D(size_t rows, size_t cols, size_t sizeOfType){ void* block = malloc(sizeOfType * rows * cols); void** matrix = malloc(sizeof(void*) * rows); for (int row = 0; row < rows; ++row) { matrix[row] = block + cols * row * sizeOfType; }//for return matrix; }//malloc2D void free2D(void*** matrix){ free((*matrix)[0]); free((*matrix)); matrix = NULL; }//free2D 任何帮助或开始将不胜感激。
我发现很难相信这是第一次练习; 至少，它有点棘手。
修复二维码
第一步应该是清理malloc2D()函数，以便它不随便使用GCC扩展 – 索引void * – 因为标准C不允许这样做（因为sizeof(void)在标准C中是未定义的; GNU C将其定义为1）。 另外， free2D()的错误需要修复; 函数的最后一行应该是*matrix = NULL; （ *被省略）。 该代码也应该进行测试，因为访问矩阵的正确方法并不明显。
这里是一些修改后的代码（为了与3D版本保持一致而重命名的变量），用于测试修改后的2D代码：
/* SO 4885-6272 */ #include #include #include /* Should be declared in a header for use in other files */ extern void **malloc2D(size_t rows, size_t cols, size_t sizeOfType); extern void free2D(void ***matrix); void **malloc2D(size_t rows, size_t cols, size_t sizeOfType) { void *level2 = malloc(sizeOfType * rows * cols); void **level1 = malloc(sizeof(void *) * rows); if (level2 == NULL || level1 == NULL) { free(level2); free(level1); return NULL; } for (size_t row = 0; row < rows; ++row) { level1[row] = (char *)level2 + cols * row * sizeOfType; } return level1; } void free2D(void ***matrix) { free((*matrix)[0]); free((*matrix)); *matrix = NULL; } static void test2D(size_t m2_rows, size_t m2_cols) { printf("rows = %zu; cols = %zu\n", m2_rows, m2_cols); void **m2 = malloc2D(m2_rows, m2_cols, sizeof(double)); if (m2 == NULL) { fprintf(stderr, "Memory allocation failed for 2D array of size %zux%zu doubles\n", m2_rows, m2_cols); return; } printf("m2 = 0x%.12" PRIXPTR "; m2[0] = 0x%.12" PRIXPTR "\n", (uintptr_t)m2, (uintptr_t)m2[0]); for (size_t i = 0; i < m2_rows; i++) { for (size_t j = 0; j < m2_cols; j++) ((double *)m2[i])[j] = (i + 1) * 10 + (j + 1); } for (size_t i = 0; i < m2_rows; i++) { for (size_t j = 0; j < m2_cols; j++) printf("%4.0f", ((double *)m2[i])[j]); putchar('\n'); } free2D(&m2); printf("m2 = 0x%.16" PRIXPTR "\n", (uintptr_t)m2); } int main(void) { test2D(4, 5); test2D(10, 3); test2D(3, 10); //test2D(300000000, 1000000000); /* 2132 PiB - should fail to allocate on sane systems! */ return 0; }
在运行macOS High Sierra 10.13.3的MacBook Pro上运行时，使用GCC 7.3.0进行编译，得到输出：
rows = 4; cols = 5 m2 = 0x7F83C04027F0; m2[0] = 0x7F83C0402750 11 12 13 14 15 21 22 23 24 25 31 32 33 34 35 41 42 43 44 45 m2 = 0x0000000000000000 rows = 10; cols = 3 m2 = 0x7F83C0402750; m2[0] = 0x7F83C04028C0 11 12 13 21 22 23 31 32 33 41 42 43 51 52 53 61 62 63 71 72 73 81 82 83 91 92 93 101 102 103 m2 = 0x0000000000000000 rows = 3; cols = 10 m2 = 0x7F83C04027A0; m2[0] = 0x7F83C04028C0 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 m2 = 0x0000000000000000
随着包含怪物分配，跟踪结束：
alloc3d19(8985,0x7fffa5d79340) malloc: *** mach_vm_map(size=2400000000000000000) failed (error code=3) *** error: can't allocate region *** set a breakpoint in malloc_error_break to debug Memory allocation failed for 2D array of size 300000000x1000000000 doubles
适应3D代码
我选择将3Darrays的主要尺寸称为“平面”; 每个平面包含一个二维数组，其中r c列。
对我来说，我画了一张图表来说服自己我的任务是正确的 - 在我搞砸了几次之后。 在前两个表中的每个单元格中，第一个数字是包含数组中单元格的索引号（第一个表中的level1 ），第二个数字是下一级别中单元格的索引号（第一个表中的level2 ）。 level3表中的数字只是double a数组的索引。
level1 (planes: 4) ╔═══════╗ ║ 0: 00 ║ ║ 1: 05 ║ ║ 2: 10 ║ ║ 3: 15 ║ ╚═══════╝ level2 (planes: 4; rows: 5) ╔════════╦════════╦════════╦════════╦════════╗ ║ 00: 00 ║ 01: 06 ║ 02: 12 ║ 03: 18 ║ 04: 24 ║ ║ 05: 30 ║ 06: 36 ║ 07: 42 ║ 08: 48 ║ 09: 54 ║ ║ … ║ … ║ … ║ … ║ … ║ ╚════════╩════════╩════════╩════════╩════════╝ level3 (planes: 4; rows: 5; cols: 6) ╔════╦═════╦═════╦═════╦═════╦═════╗ ║ 0 ║ 1 ║ 2 ║ 3 ║ 4 ║ 5 ║ ║ 6 ║ 7 ║ 8 ║ 9 ║ 10 ║ 11 ║ ║ 12 ║ 13 ║ 14 ║ 15 ║ 16 ║ 17 ║ Plane 0 ║ 18 ║ 19 ║ 20 ║ 21 ║ 22 ║ 23 ║ ║ 24 ║ 25 ║ 26 ║ 27 ║ 28 ║ 29 ║ ╠════╬═════╬═════╬═════╬═════╬═════╣ ║ 30 ║ 31 ║ 32 ║ 33 ║ 34 ║ 35 ║ ║ 36 ║ 37 ║ 38 ║ 39 ║ 40 ║ 41 ║ Plane 1 ║ … ║ … ║ … ║ … ║ … ║ … ║ ╚════╩═════╩═════╩═════╩═════╩═════╝
使用该图表 - 或者在其上潦草地绘制箭头的纸和笔版本， level1中平面p的单元格中的值是p * rows ; 平面p的单元格中的值， level2行r是p * rows + r) * cols ; 平面p ，行r ，单元格c中单元格c中的值是(p * rows + r) * cols + c 。 但价值不是整数; 他们是指针。 因此，必须按适当的大小缩放值，并将其添加到level1 ， level2或level3空间的基址。
这导致代码如下：
#include #include #include /* Should be declared in a header for use in other files */ extern void ***malloc3D(size_t planes, size_t rows, size_t cols, size_t sizeOfType); extern void free3D(void ****matrix); void ***malloc3D(size_t planes, size_t rows, size_t cols, size_t sizeOfType) { void *level3 = malloc(sizeOfType * planes * rows * cols); void **level2 = malloc(sizeof(void *) * planes * rows); void ***level1 = malloc(sizeof(void **) * planes); //printf("planes = %zu; rows = %zu; cols = %zu; ", planes, rows, cols); //printf("level1 = 0x%.12" PRIXPTR "; level2 = 0x%.12" PRIXPTR "; level3 = 0x%.12" PRIXPTR "\n", // (uintptr_t)level1, (uintptr_t)level2, (uintptr_t)level3); fflush(stdout); if (level3 == NULL || level2 == NULL || level1 == NULL) { free(level3); free(level2); free(level1); return NULL; } for (size_t plane = 0; plane < planes; plane++) { level1[plane] = (void **)((char *)level2 + plane * rows * sizeof(void **)); //printf("level1[%zu] = 0x%.12" PRIXPTR "\n", plane, (uintptr_t)level1[plane]); for (size_t row = 0; row < rows; ++row) { level2[plane * rows + row] = (char *)level3 + (plane * rows + row) * cols * sizeOfType; //printf(" level2[%zu] = 0x%.12" PRIXPTR "\n", // plane * rows + row, (uintptr_t)level2[plane * rows + row]); } } return level1; } void free3D(void ****matrix) { free((*matrix)[0][0]); free((*matrix)[0]); free((*matrix)); *matrix = NULL; } static void test3D(size_t m3_plns, size_t m3_rows, size_t m3_cols) { printf("planes = %zu; rows = %zu; cols = %zu\n", m3_plns, m3_rows, m3_cols); void ***m3 = malloc3D(m3_plns, m3_rows, m3_cols, sizeof(double)); if (m3 == NULL) { fprintf(stderr, "Memory allocation failed for 3D array of size %zux%zux%zu doubles\n", m3_plns, m3_rows, m3_cols); return; } printf("m3 = 0x%.12" PRIXPTR "; m3[0] = 0x%.12" PRIXPTR "; m3[0][0] = 0x%.12" PRIXPTR "\n", (uintptr_t)m3, (uintptr_t)m3[0], (uintptr_t)m3[0][0]); for (size_t i = 0; i < m3_plns; i++) { for (size_t j = 0; j < m3_rows; j++) { for (size_t k = 0; k < m3_cols; k++) ((double *)m3[i][j])[k] = (i + 1) * 100 + (j + 1) * 10 + (k + 1); } } for (size_t i = 0; i < m3_plns; i++) { printf("Plane %zu:\n", i + 1); for (size_t j = 0; j < m3_rows; j++) { for (size_t k = 0; k < m3_cols; k++) printf("%4.0f", ((double *)m3[i][j])[k]); putchar('\n'); } putchar('\n'); } free3D(&m3); printf("m3 = 0x%.16" PRIXPTR "\n", (uintptr_t)m3); } int main(void) { test3D(4, 5, 6); test3D(3, 4, 10); test3D(4, 3, 7); test3D(4, 9, 7); test3D(30000, 100000, 100000000); /* 2132 PiB - should fail to allocate on sane systems! */ return 0; }
示例输出（内存分配过大）：
planes = 4; rows = 5; cols = 6 m3 = 0x7FFCC94027F0; m3[0] = 0x7FFCC9402750; m3[0][0] = 0x7FFCC9402850 Plane 1: 111 112 113 114 115 116 121 122 123 124 125 126 131 132 133 134 135 136 141 142 143 144 145 146 151 152 153 154 155 156 Plane 2: 211 212 213 214 215 216 221 222 223 224 225 226 231 232 233 234 235 236 241 242 243 244 245 246 251 252 253 254 255 256 Plane 3: 311 312 313 314 315 316 321 322 323 324 325 326 331 332 333 334 335 336 341 342 343 344 345 346 351 352 353 354 355 356 Plane 4: 411 412 413 414 415 416 421 422 423 424 425 426 431 432 433 434 435 436 441 442 443 444 445 446 451 452 453 454 455 456 m3 = 0x0000000000000000 planes = 3; rows = 4; cols = 10 m3 = 0x7FFCC94027F0; m3[0] = 0x7FFCC9402750; m3[0][0] = 0x7FFCC9402840 Plane 1: 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 Plane 2: 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 Plane 3: 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 m3 = 0x0000000000000000 planes = 4; rows = 3; cols = 7 m3 = 0x7FFCC94027F0; m3[0] = 0x7FFCC9402750; m3[0][0] = 0x7FFCC9402840 Plane 1: 111 112 113 114 115 116 117 121 122 123 124 125 126 127 131 132 133 134 135 136 137 Plane 2: 211 212 213 214 215 216 217 221 222 223 224 225 226 227 231 232 233 234 235 236 237 Plane 3: 311 312 313 314 315 316 317 321 322 323 324 325 326 327 331 332 333 334 335 336 337 Plane 4: 411 412 413 414 415 416 417 421 422 423 424 425 426 427 431 432 433 434 435 436 437 m3 = 0x0000000000000000 planes = 4; rows = 9; cols = 7 m3 = 0x7FFCC94027F0; m3[0] = 0x7FFCC9402840; m3[0][0] = 0x7FFCC9802000 Plane 1: 111 112 113 114 115 116 117 121 122 123 124 125 126 127 131 132 133 134 135 136 137 141 142 143 144 145 146 147 151 152 153 154 155 156 157 161 162 163 164 165 166 167 171 172 173 174 175 176 177 181 182 183 184 185 186 187 191 192 193 194 195 196 197 Plane 2: 211 212 213 214 215 216 217 221 222 223 224 225 226 227 231 232 233 234 235 236 237 241 242 243 244 245 246 247 251 252 253 254 255 256 257 261 262 263 264 265 266 267 271 272 273 274 275 276 277 281 282 283 284 285 286 287 291 292 293 294 295 296 297 Plane 3: 311 312 313 314 315 316 317 321 322 323 324 325 326 327 331 332 333 334 335 336 337 341 342 343 344 345 346 347 351 352 353 354 355 356 357 361 362 363 364 365 366 367 371 372 373 374 375 376 377 381 382 383 384 385 386 387 391 392 393 394 395 396 397 Plane 4: 411 412 413 414 415 416 417 421 422 423 424 425 426 427 431 432 433 434 435 436 437 441 442 443 444 445 446 447 451 452 453 454 455 456 457 461 462 463 464 465 466 467 471 472 473 474 475 476 477 481 482 483 484 485 486 487 491 492 493 494 495 496 497 m3 = 0x0000000000000000
planes = 30000; rows = 100000; cols = 100000000 alloc3d79(9018,0x7fffa5d79340) malloc: *** mach_vm_map(size=2400000000000000000) failed (error code=3) *** error: can't allocate region *** set a breakpoint in malloc_error_break to debug Memory allocation failed for 3D array of size 30000x100000x100000000 doubles