难以在堆上创建连续的二维数组

Question

我目前正在堆上实现floats 的 N x 2 矩阵，如下所示：

float **matrix = malloc(sizeof(float*) * n_cols);

for (int i = 0; i < n_cols; ++i) {
    matrix[i] = malloc(sizeof(float) * 2);
}

matrix 的元素在内存中不连续，使得这个数据结构缓存不友好（据我理解）。我正在尝试重写上面的内容以在堆上创建一个真正的二维数组。根据之前的一些 SO 帖子，我尝试了以下方法：

float (*matrix)[2] = malloc(sizeof(float) * n_cols * 2);

但是，当我运行我的代码时，这会导致分段错误。

Answer 1

如果你希望整个数组是连续的，那么你需要如下声明它。

  float *matrix = malloc(n1 * n2 * sizeof(float));

这有帮助吗？请注意分配矩阵的第二种方式。

#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void) {
  size_t r = 0;
  size_t c = 0;
  int rows    = 82;
  int columns = 30;
  float *matrix = malloc(rows * columns * sizeof(float));
  for(r = 0; r < rows; r++) {
    printf("%zu - ", r); 
    for(c = 0; c < columns; c++) {
      printf("%zu|", c); 
      matrix[r + r*c] = 1.0;
    }   
    printf("\n"); 
  }

  float **matrix2 = malloc(rows * sizeof(float*));

  for(r = 0; r < rows; r++) {
    matrix2[r]    = malloc(columns * sizeof(float));
  }
  for(r = 0; r < rows; r++) {
    printf("%zu - ", r); 
    for(c = 0; c < columns; c++) {
      printf("%zu|", c); 
      matrix2[r][c] = 1.0;
    }   
    printf("\n"); 
  }
  free(matrix);
  for(r = 0; r < rows; r++) {
    free(matrix2[r]);    
  }
  free(matrix2);
  return 0;
}   

您可以在此处找到带有代码的基准...

https://github.com/harryjackson/doc/blob/master/c/cache_locality_2d_array_test.c

Answer 2

我想你想要这样的东西。

float ** matrix = malloc(sizeof(float) * ((n_col * 2) + (n_col * sizeof(float*));

for(i = 0; i < n_col; i++)
{
    matrix[i] = matrix + (n_col *sizeof(float*)) + ((i * 2) *sizeof(float)); 
}

矩阵的大小是 2* n_col，但是矩阵的第一个索引将是指向列的指针。您必须为这些指针分配额外的空间。这就是 (n_col * sizeof(float *)) 发挥作用的地方。每行的大小为 (2 * sizeof(float))，因此矩阵中第一个索引的每个都需要指向距离最后一个字节的内存数组 (2 * sizeof(float))。

看起来像这样。

米[0]米[1]米[2] 矩阵 矩阵 + 1 * (2 * sizeof(float)) 矩阵 + 2 * (2 * sizeof(float))

第二个索引将一个位置引用到 m[x] 指向的内存中。