学步园

Abstract
為什麼需要動態建立二維陣列呢?因為sizex和sizey可能run-time才得知，所以無法使用靜態的方式建立陣列，而二維陣列唯一的優點就是可用subscripting的方式，如ia[y][x]的方式存取陣列，但是這在C語言中並不容易，本文就是要介紹如何動態建立二維陣列。

Introduction
再重複一個觀念，C/C++沒有『真正』支援二維陣列，雖然ia[y][x]的語法看似二維陣列，但骨子裡仍是一維陣列，是利用array of array的方式模擬二維陣列，事實上這就是C#的jagged array，所以當我們要動態建立二維陣列時，要先建立第一個一維陣列(sizey)，然後在每個陣列的element上在建立第二個一維陣列(sizex)，以這種方式模擬出二維陣列。

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 2 (C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
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 4 Filename    : ArrayDynamicTwoDim_1.c
 5 Compiler    : Visual C++ 8.0 / ANSI C
 6 Description : Demo how to dynamic allocate 2 dim array on heap by malloc()
 7 Release     : 05/18/2008 1.0
 8 */
 9 #include <stdio.h>
10 #include <stdlib.h>
11 
12 void printTwoDimDynamicArray(int **ia, const int sizex, const int sizey) {
13   int x, y;
14   for(y = 0; y != sizey; ++y) {
15     for(x = 0; x != sizex; ++x)
16       printf("%d ", ia[y][x]);
17       
18     printf("\n");
19   }
20 }
21 
22 int main() {
23   const int sizex = 3;
24   const int sizey = 2;
25   int x, y;
26   int **ia = (int **)malloc(sizey * sizeof(void *));
27   for(y = 0; y != sizey; ++y)
28     ia[y] = (int *)malloc(sizex * sizeof(int *));
29   
30   for(y = 0; y != sizey; ++y) {
31     for(x = 0; x != sizex; ++x)
32       ia[y][x] = y + x;
33   }
34   
35   printTwoDimDynamicArray(ia, sizex, sizey);
36   
37   for(y = 0; y != sizey; ++y)
38     free(ia[y]);
39   
40   free(ia);
41 }

執行結果

0 1 2
1 2 3

26行

int **ia = (int **)malloc(sizey * sizeof(void *));

我們首先建立出第一個一維陣列，大小為sizey，這裏我們遇到了int **ia這個pointer to pointer，若你的母語是其他語言，看到pointer應該都會怕，我也不例外，更何況這裡是pointer to pointer，我將來會有個專文討論pointer。這裡為什麼會需要pointer to pointer呢?在(原創) 如何動態建立一維陣列? (C/C++) (C) 時，若要用malloc()動態建立一個一維陣列，會用以下寫法：

int *ia = (int *)malloc((size_t)sizex * sizeof(int));

ia代表指向int ia[sizex]第一個element address的pointer，但現在我們是二維陣列，第一個陣列int ia[sizey]的每個element存的不是int，而是第二個陣列int ia[sizex]，也就是說，第一個陣列每個element存的是int *，指向第二的陣列的第一個元素，而第一個陣列本身就是int*，兩個pointer加起來，才變成int **。

至於為什麼用sizeof(void *)呢?理論上該用sizeof(int *)，但因為C/C++的pointer皆是4個byte，所以使用sizeof(void *)也可，而且可以泛用於所有型別的陣列。

28行的

ia[y] = (int *)malloc(()sizex * sizeof(int *));

是在第一個陣列的每個element，在存放第二個陣列，達成array of array。

12行傳遞陣列到function時

void printTwoDimDynamicArray(int **ia, const int sizex, const int sizey)

用的是int **ia，很多人學靜態二維陣列時，就懷疑為什麼不用pointer to pointer代表二維陣列呢?這裡總算用到了吧!!

該怎麼釋放這個陣列呢?由於是array of array，須先由內層的第二個陣列開始釋放，最後才能釋放外層的第一個陣列。40行到42行的

for(y = 0; y != sizey; ++y) {
  free(ia[y]);
}

釋放了第二層的陣列。

40行的

free(ia);

釋放了第一層的陣列。

這是很標準的寫法，連微軟的KB也是建議用這種寫法INFO： 動態記憶體配置於二維陣列 ，但這種寫法有幾個缺點，第二個陣列的malloc()在for loop中執行，導致memory fragment，且釋放陣列也不方便。若能不在for loop中使用malloc()，則釋放陣列的問題也能解決。我們來看改進的方式。

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 4 Filename    : ArrayDynamicTwoDim_2.c
 5 Compiler    : Visual C++ 8.0 / ANSI C
 6 Description : Demo how to dynamic allocate 2 dim array on heap by malloc()
 7 Release     : 05/18/2008 1.0
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 9 #include <stdio.h>
10 #include <stdlib.h>
11 
12 void printTwoDimDynamicArray(int **ia, const int sizex, const int sizey) {
13   int x, y;
14   for(y = 0; y != sizey; ++y) {
15     for(x = 0; x != sizex; ++x)
16       printf("%d ", ia[y][x]);
17       
18     printf("\n");
19   }
20 }
21 
22 int main() {
23   const int sizex = 3;
24   const int sizey = 2;
25   int x, y;
26   int **ia = (int **)malloc(sizey * sizeof(void *));
27   int *iax = (int *)malloc(sizey * sizex * sizeof(int *)); 
28   for(y = 0; y != sizey; ++y, iax+=sizex)
29     ia[y] = iax;
30   
31   for(y = 0; y != sizey; ++y) {
32     for(x = 0; x != sizex; ++x)
33       ia[y][x] = y + x;
34   }
35   
36   printTwoDimDynamicArray(ia, sizex, sizey);
37   
38   free(ia[0]);
39   free(ia);
40 }

執行結果

0 1 2
1 2 3

關鍵在於27行

int *iax = (int *)malloc(sizey * sizex * sizeof(int *)); 

我們一次將第二個陣列所需的記憶體一次malloc()了‧

28行到29行

for(y = 0; y != sizey; ++y, iax+=sizex) {
  ia[y] = iax;
}

關鍵在於 iax+=sizex，iax每次隨著sizex而遞增，如此ia[y]就能取得適當的記憶體位址了。

在釋放記憶體方面，38行和39行的

free(ia[0]);
free(ia);

因為只malloc()兩次，所以只要釋放兩次即可。

既然malloc()兩次要還要釋放兩次，有沒有辦法只mallc()一次呢?

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10 #include <stdlib.h>
11 
12 void printTwoDimDynamicArray(int **ia, const int sizex, const int sizey) {
13   int x, y;
14   for(y = 0; y != sizey; ++y) {
15     for(x = 0; x != sizex; ++x)
16       printf("%d ", ia[y][x]);
17 
18     printf("\n");      
19   }
20 }
21 
22 int main() {
23   const int sizex = 3;
24   const int sizey = 2;
25   int x, y;
26   int **ia = (int **)malloc(sizey * sizeof(void *) + sizey * sizex * sizeof(int *));
27   int *iax = (int*)(ia + sizex);
28   for(y = 0; y != sizey; ++y, iax+=sizex)
29     ia[y] = iax;
30   
31   for(y = 0; y != sizey; ++y) {
32     for(x = 0; x != sizex; ++x)
33       ia[y][x] = y + x;
34   }
35    
36   printTwoDimDynamicArray(ia, sizex, sizey);
37   
38   free(ia);
39 }

執行結果

0 1 2
1 2 3

26行將兩行malloc()濃縮成一行。

int **ia = (int **)malloc(sizey * sizeof(void *) + sizey * sizex * sizeof(int *));

28行到29行的

for(y = 0; y != sizey; ++y, iax+=sizex) {
  ia[y] = iax;
}

由*iax = (int*)(ia + sizex)對iax做初始化，之後每個loop的iax會隨著sizex而遞增，原理和第二個範例一樣。

而釋放陣列方面，只要如40行

free(ia);

釋放一次即可!!

Conclusion
一個很簡單的需求：動態二維陣列，在C語言竟然需要這麼大的功夫才能達成!!假如你還是無法理解，建議參考(原創) 由一維陣列模擬二維陣列(多維陣列) (C/C++) (C)，用一維陣列模擬二維陣列就好，唯一就是犧牲了ia[y][x]的語法，而改用*(ia + y * sizex + x)而已，在C++有容易的寫法，請參考(原創) 如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (C/C++) (C)‧

See Also
(原創) 由一維陣列模擬二維陣列(多維陣列) (C/C++) (C)
(原創) 如何動態建立一維陣列? (C/C++) (C)
(原創) 如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (C/C++) (C)
(原創) 如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (C/C++) (C) (C#)

Reference
INFO： 動態記憶體配置於二維陣列
《記憶體的配置》動態陣列