C++ 使用 new 创建二维数组

C++ 使用 new 创建二维数组最直接的方法就是 ​​new T[M][N]​​​。返回的指针类型是 ​​T (*)[N]​​​，它是指向数组的指针，可以直接使用数组下标形式访问元素。释放内存直接使用​​delete[]​​。示例代码：

#include <iostream>

class A
{
public:
    A()
    {
        std::cout << "A::A" << std::endl;
    }
    ~A()
    {
        std::cout << "A::~A" << std::endl;
    }

    int x;
};

int main()
{
    A (*p)[3] = new A[2][3];
    delete[] p;
}

执行结果：

A::A
A::A
A::A
A::A
A::A
A::A
A::~A
A::~A
A::~A
A::~A
A::~A
A::~A

可以看到 A 的构造函数和析构函数正常执行。如果觉得 ​​T (*)[N]​​ 繁琐，可以直接使用 ​​auto p = new T[M][N]​​。三维数组甚至更高维数组都可以使用这种方法。例如，三维数组使用 ​​new T[M][N][O]​​ 进行创建，依旧使用 ​​delete[] p​​ 进行释放。

为什么可以这样写？因为这种多维数组和普通的多维数组都是通过一维数组实现的。例如，​​int a[6][8]​​，实际上编译器会转化为 ​​int b[6 * 8]​​ 一维数组。然后每次访问二维数组 ​​a[i][j]​​ 相当于访问 ​​b[i * 8 + j]​​。从二维、三维数组的转化过程中可以发现一些规律。

T a[M][N]    --> T b[M * N],    a[i][j]    --> b[i * N + j]
T a[M][N][O] --> T b[M * N * O], b[i][j][k] --> b[i * N * O + j * O + k]

编译器进行下标转换时，并没有用到第 0 维的大小，而其它维的大小都是必须的。这也就是为什么下面代码能正确执行。

int a[2][3];
int (*p)[3] = a;

由于多维数组本质上是一维数组，所以释放内存都是 ​​delete[] p​​，而没有奇怪的 ​​delete[][]​​ 语法。

2. 借助指针数组

还有一种方法就是先 ​​new T*[M]​​ 创建一个指针数组，其每个元素保存每一行的首个元素的地址，再使用 ​​new T[N]​​ 创建每一行。示例代码如下：

A** p = new A*[2];
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
    p[i] = new A[3];
}

for (int i = 0; i < 2; ++i) {
    delete[] p[i];
}
delete[] p;

这种方法非常繁琐，首先 ​​new T*[M]​​ 不能写成 ​​new (T(*)[M])​​，因为它是指针数组而不是数组指针。其次，需要对每一行调用 new T[N]。释放内存时，要先使用 ​​delete[]​​ 释放每一行，再调用 ​​delete[]​​ 释放数组指针。这几个步骤一步都不能错，不然就出现野指针或者内存泄漏。这段代码我也是用 Address Sanitizer 和 Leak Sanitizer 检查一遍才写对。

这种方法唯一的好处就是可以创建交错数组（Jagged Array），也就是每一行的大小不一样。例如：

A **p = new A *[2];
p[0] = new A[3];
p[1] = new A[4];

for (int i = 0; i < 2; ++i)
{
    delete[] p[i];
}
delete[] p;

3. 借助 std::vector

可以用 std::vector 对上面这种方法进行包装，使其更加易用。示例代码如下：

std::vector<std::vector<int>> v{ std::vector<int>(3), std::vector<int>(4) };
std::cout << v[0].size() << " " << v[1].size() << std::endl;

这段代码创建了一个二维数组，第 0 行有 3 个元素，第 1 行有 4 个元素。这种方法既能创建交错数组，也不需要手动释放内存。