技術(shù)背景

最近剛學(xué)習(xí)C++的一些編程技巧，對(duì)于一些相對(duì)比較陌生的問(wèn)題，只能采取一些簡(jiǎn)單粗暴的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。就比如說(shuō)，我們可以在Python中定義一個(gè)[[0,0,0],[1,2],[1,1,1],[3]]這樣的不規(guī)則的二維數(shù)組(list)。那么如果我們想在C++中實(shí)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)該怎么去設(shè)計(jì)呢？更具體一點(diǎn)的問(wèn)題，當(dāng)我們給C++輸入一個(gè)固定長(zhǎng)度的數(shù)組，比如Shape為(4,3)，然后再給出一個(gè)Shape為(4,)的有效索引數(shù)組，保存的是第二個(gè)維度中數(shù)據(jù)的有效長(zhǎng)度（這里有個(gè)要求是輸入的有效位數(shù)處于固定長(zhǎng)度數(shù)組的末尾，因?yàn)槲覀円话闳ジ聰?shù)組時(shí)也是從末尾處push_back進(jìn)去）。最后用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存這個(gè)不規(guī)則的二維數(shù)組，并且可以正常索引和打印。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先我們能夠想到的是，用雙重指針來(lái)對(duì)這樣的一個(gè)不規(guī)則數(shù)組進(jìn)行索引，第一個(gè)指針指向第一個(gè)維度，第二個(gè)指針指向第二個(gè)維度，就類(lèi)似于張量中的兩條邊。由于第二個(gè)維度是不定長(zhǎng)度的，因此我們需要使用一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)包含一個(gè)不定長(zhǎng)數(shù)組的指針，和具體的長(zhǎng)度信息。

struct bucket{
    int num;
    int *ptr;
};

就比如這個(gè)bucket實(shí)現(xiàn)，對(duì)于單個(gè)bucket來(lái)說(shuō)，可以用其中的*ptr指針來(lái)索引一個(gè)不定長(zhǎng)度的數(shù)組，然后在外層定義一個(gè)*bucket指針，這樣可以索引到對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體中，形成一個(gè)二維的不定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

代碼實(shí)現(xiàn)

這里我們使用的案例是這樣的，首先要構(gòu)造一個(gè)定長(zhǎng)的數(shù)組，然后對(duì)這個(gè)定長(zhǎng)的數(shù)組的第二個(gè)維度進(jìn)行分別的截?cái)啵儋x值給我們定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這樣做的好處是，在Python跟C++的接口中也能夠使用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們只需要傳給C++一個(gè)定長(zhǎng)的數(shù)組，以及第二個(gè)維度的有效長(zhǎng)度，就能在C++中使用這樣一個(gè)不定長(zhǎng)的數(shù)組進(jìn)行高效的計(jì)算。詳細(xì)代碼如下所示：

// g++ main.cpp -o main && ./main
#include <iostream>
struct bucket{
    int num;
    int *ptr;
};
void print_bucket(bucket *bc, int shape[]){
    for (int i=0; i<4; i++){
        bucket bc_i = bc[i];
        printf("%d: ", bc_i.num);
        for (int j=0; j<shape[i]; j++){
            printf("%d,", bc_i.ptr[j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main(){
    // 定長(zhǎng)數(shù)組
    int arr[4][3] = {{0,1,2},{1,2,3},{2,3,4},{3,4,5}};
    // 有效長(zhǎng)度
    int shape[4] = {2,3,2,1};
    // 先構(gòu)建結(jié)構(gòu)體數(shù)組
	bucket _bc[4];
    for (int i=0; i<4; i++){
        _bc[i].num = shape[i];
        _bc[i].ptr = arr[i];
        _bc[i].ptr += 3-shape[i];
    }
    // 再把結(jié)構(gòu)體數(shù)組賦值給結(jié)構(gòu)體指針
    bucket *bc = _bc;
    // 打印結(jié)構(gòu)體的所有內(nèi)容
    print_bucket(bc, shape);
    return 0;
}

輸出結(jié)果為：

$ g++ main.cpp -o main && ./main
2: 1,2,
3: 1,2,3,
2: 3,4,
1: 5,

這里第一列輸出的是每一個(gè)不定長(zhǎng)數(shù)組的長(zhǎng)度，后面的是不定長(zhǎng)數(shù)組的具體內(nèi)容。

總結(jié)概要

本文介紹了一個(gè)在C++中保存不定長(zhǎng)二維數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，我們使用了一個(gè)含有指針和數(shù)組長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)體，用這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)體構(gòu)造一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組，用于存儲(chǔ)每一個(gè)不定長(zhǎng)的數(shù)組。最后可以將這個(gè)不定長(zhǎng)數(shù)組的內(nèi)存地址賦值給一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針，那么這個(gè)結(jié)構(gòu)體指針中就包含了所有不定長(zhǎng)數(shù)組所需的內(nèi)容。類(lèi)似的使用場(chǎng)景，更多的出現(xiàn)在Python和C++兩個(gè)不同的語(yǔ)言進(jìn)行交互的時(shí)候，這樣操作可以兼具Python的易開(kāi)發(fā)特性和C++的高性能特性。

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