使用 malloc 和 calloc 生成矩阵导致混乱的行为

Question

我一直在做一个用 C 处理矩阵计算的小项目。

我正在对我编写的代码进行一些测试，并遇到了一些令人难以置信的令人困惑的行为。

在我进入这个问题之前，这里是一些相关的代码。

矩阵定义：

typedef struct
{
    double **matrix;
    int rows;
    int cols;
    int dimensions[2];
    char *str_dims;
} Matrix;

当我初始化一个矩阵时，我使用 malloc 为行数分配内存，然后使用 calloc 遍历为所有列分配内存的行，使它们初始化为 0。

void init_matrix(Matrix *x, int i, int j)
{
    x->matrix = malloc(x->rows * sizeof(double *));
    for (int i = 0; i < x->rows; i++)
        x->matrix[i] = calloc(x->cols, sizeof(double));
}

我还有生成随机矩阵的功能，

Matrix get_rand_matrix(int i, int j)
{
    Matrix x;
    init_matrix(&x, i, j);
    srand(time(NULL));
    for(int i = 0; i < x.rows; i++)
        for(int j = 0; j < x.cols; j++)
            x.matrix[i][j] = rand();
    return x;
}

令人困惑的行为

除了按照古人的标准很可能是非常可怕的代码之外，我认为它运行正常。然而，幸运的是，当我进行一些测试（打印矩阵）时，我不经意地将负责迭代矩阵列的循环增加了 1，这就是我收到的输出。 （为您的观看乐趣而格式化。）

+-------------+--------------+-----+
|739979002.00 | 1854570721.00| 0.00|                                                                                                                                                    
|130427701.00 | 402893063.00 | 0.00|                                                                                                                                                     
|1973118592.00| 135400441.00 | 0.00|                                                                                                                                                    
|1707001127.00| 1093842609.00| 0.00|
+----------------------------------+

预期的输出会在哪里，

+-------------+--------------+
|739979002.00 | 1854570721.00|                                                                                                                                                    
|130427701.00 | 402893063.00 |                                                                                                                                                     
|1973118592.00| 135400441.00 |                                                                                                                                                    
|1707001127.00| 1093842609.00|
+----------------------------+

生成此代码只是为了让您远离黑暗，

Matrix m = get_rand_matrix(4, 2);
for(int i = 0; i < m.rows; i++)
{
    for(int j = 0; j < m.cols + 1; j++)
        printf("%.2lf ", m.matrix[i][j]);
    printf("\n");
}

问题

现在，老实说，我真的不知道为什么我没有遇到段错误并且可以访问（我原以为是）分配的内存范围之外的零初始化元素。我只能通过将malloc 和calloc 混为一谈来假设这是我的错误，但话又说回来，我也不明白为什么这不起作用。

有谁知道发生了什么，为什么在分配的内存范围之外有 0 个初始化双精度数？总的来说，我对 C 和内存分配相当陌生，这让我完全眼花缭乱。

有趣的补充

当您增加列循环退出条件（使用j < m.cols + 5 生成）时，某些元素似乎会重复

+-------------------------------------------------------------------------------+
|549092153.00 | 1317836633.00 | 0.00| 0.00 | 218607745.00 |1326282480.00 | 0.00 |                                                                                                               
|218607745.00 | 1326282480.00 | 0.00| 0.00 | 715372192.00 |976468777.00  | 0.00 |                                                                                                               
|715372192.00 | 976468777.00  | 0.00| 0.00 | 103851159.00 |363785358.00  | 0.00 |                                                                                                                
|103851159.00 | 363785358.00  | 0.00| 0.00 |     0.00     | 0.00         | 0.00 |
+-------------------------------------------------------------------------------+

我将增量增加到 +1000，但它仍然继续打印 0.00 和重复的数字。

Answer 1

如果我没看错，那么您所做的只是在分配的数组之外读取内存。这可能会导致分段错误，但并非总是如此。这个网站给出了一些例子：https://www.geeksforgeeks.org/accessing-array-bounds-ccpp/

一般来说，当你要求 C 从内存中读取时，你会给它一个物理地址。如果该地址存在并且您可以从中读取，它将返回存储在那里的数据，无论它是否在您的数组中。这些可能是您或其他程序在那里编写的变量的 0 值或垃圾数据。在您看到重复值的最后一个示例中，这是因为您的程序为 matrix[i] 和 matrix[i+1] 连续分配了内存。因此，当你开始读取超过 matrix[i] 的边界时，你开始从 matrix[i+1] 读取内存。

另外，您提到它在边界之外存储双精度数，但这并不完全正确。 C 不知道应该存储什么类型的数据，它只知道将它解释为双精度，因为你告诉它。如果您将所有内容都转换为字符，它将读取和打印字符而不是双精度。