C中动态二维数组的获取

话说这C中的动态获取二维数组好比艺术作品中的爱情（好烂的比喻~~），都是永恒而难缠的主题。假期写并行的作业，又碰到了这个问题，依然绞尽脑汁。
其实二维数组理解起来是很容易的，一维的是void *，二维自然就是void **，高维以此类推。然而多了一个和数个*好比一个“不可逾越的障壁”。不过直接申请**，初始化很难并且退回也很难。上次遇到的时候就直接malloc了一个width * height大小的区域，然后写一个取值的宏。看起来很丑陋。这次决定做个了断。搜到台湾一个技术论坛，找到了这个终极方案，真的很妙~
原帖地址：http://y120062140.win.aplus.net/pc2020v5/forum/showSameTitleN.asp?board_pc2020=c&id=34046&keyword=
原帖讨论了至少2种方案，不再赘述。最好的方案是“ma_hty(白老鼠(Gary))”的那个。程序如下：

void **  malloc2d( int  w,  int  h,  int  size)
... {
  int j;
  int rowSize = w * size;
  int indexSize = h * sizeof(void *);
  void **a = (void **) malloc(indexSize + h * rowSize);
  char *dataStart = (char *) a + indexSize;
  for(j = 0; j < h; j++)
    a[j] = dataStart + j * rowSize;
  return a;
}

参数w，h是所申请二维数组的列数和行数，size是数组单元的字节数。比如，申请一个4*5的int型的二维数组，使用：
int **m = (int **) malloc2d(5, 5, sizeof(int));
直接使用m[x][y]即可以引用x行y列的值。
退回时，直接使用free(m)即可。
跟白老鼠开始的程序相比，改了一些地方，返值改成void **，(char *)(a + h)改成了(char *) a + h。加进了一些循环外的计算。
解释一下~就好像原帖里面cromayen2000所讲的，动态申请二维数组通常需要一个index区域和一个数据区域。index区域保存每一行数据区域的首地址，数据区域存放实际的值。m的地址是index区域的首地址。
这样，对二维数组中x行y列元素的引用m[x][y]，实际上是一个两步的运算。
首先，m是一个int**的元素。m[x]是*(m + x)，即index区域，第x个元素内的值，这个值就是数据区域第x行的起始地址。*(m + x)的类型是int*。
之后，寻找第y列的值。就是*(*(m + x) + y)。正好对int**进行两次解除引用。得到一个int。而写成中括号的表示法，m[x][y] === *(*(m + x) + y)。
白老鼠的函数把index和数据区域连在了一起。
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＋－－－－－－＋－－＊　｜〔ｈ－１〕
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嗯，这个ASCII图画的真是绝妙。佩服台湾的技术人员。
首先，区域的总长度h * sizeof(void *) + h * rowSize。前一个加数就是index区域的长度。即h个void *指针的长度。后面的加数就是数据区的长度，h个rowSize。
数据区的开始也就是开始指针后移整个index区后的地址。即地址dataStart。循环把后面的数据区每一行开始地址连接到前面的index区域。
一个malloc，一个free，一个二维数组，妙哉~
这个方法要比直接栈上申请多一个index区域，思路和申请w * h大小的区域然后算出每一个元素地址根本不一样。
帖子的后面讨论了一下字节对齐的问题。白老鼠应该是藐视了字节对齐的重要性了。稍微弄一下SSE也会有感觉，字节不对齐的话会不见血的死掉的。按照这个函数，只需要保证数据区的字节对齐就可以了。方法是在index和数据区域之间加上padding。白老鼠随手写出来的程序疑似有问题。自己写了一个。

void   ** malloc2d( int  width,  int  height, size_t size,  int  align)
... {
  // alloc all spaces: index area, largest padding area and data area
  int index_size = sizeof(void *) * height;
  int row_size = size * width;
  void **p = (void **) malloc(index_size + align + height * row_size);
  // compute padding
  char *ptr_index_ending = (char *) p + index_size;
  int padding = (align - ((int) ptr_index_ending + 1) % align) % align;
  // link index area and data area
  // starting address of data area
  char *ptr_data = ptr_index_ending + 1 + padding;
  for (int i = 0; i < height; i++)
  ...{
    p[i] = ptr_data;
    ptr_data += size * width;
  }   return p;
}

在申请总大小的时候把最大可能的padding申请出来（就是要对齐的字节数本身），然后链接的时候，数据区的首地址根据整片区域的首地址数值（a的地址），加上index区的大小，适当后移到对齐的字节数上。
测试了一下应该是好使的，嗯。 最后还是赞一下台湾的PG们，可以看到大家的回帖里面重要的概念都附上了wiki的地址，认真劲儿很了不起啊。