如何在 C++ 中处理非常大的二维数组

Question

我需要创建一个大小为 800x800 的 2D int 数组。但这样做会造成堆栈溢出（哈哈）。

我是 C++ 新手，所以我应该做一些类似于向量的向量的事情吗？然后将二维数组封装到一个类中？

具体来说，这个数组是我在图形程序中的 zbuffer。我需要为屏幕上的每个像素存储一个 z 值（因此尺寸为 800x800）。

谢谢！

Answer 1

您需要大约 2.5 兆，因此仅使用堆就可以了。除非需要调整矢量大小，否则不需要矢量。看 C++ 常见问题精简版 有关使用“2D”堆数组的示例。

int *array = new int[800*800];

（别忘了 delete[] 完成后就可以了。）

Answer 2

到目前为止，每一篇文章都将内存管理留给了程序员。这是可以而且应该避免的。ReaperUnreal 与我所做的非常接近，除了我使用向量而不是数组，并且还设置维度模板参数并更改访问函数 - 哦，只是 IMNSHO 清理一下：

template <class T, size_t W, size_t H>
class Array2D
{
public:
    const int width = W;
    const int height = H;
    typedef typename T type;

    Array2D()
        : buffer(width*height)
    {
    }

    inline type& at(unsigned int x, unsigned int y)
    {
        return buffer[y*width + x];
    }

    inline const type& at(unsigned int x, unsigned int y) const
    {
        return buffer[y*width + x];
    }

private:
    std::vector<T> buffer;
};

现在您可以在堆栈上分配这个二维数组了：

void foo()
{
    Array2D<int, 800, 800> zbuffer;

    // Do something with zbuffer...
}

我希望这有帮助！

编辑：删除了数组规范 Array2D::buffer. 。感谢安德烈亚斯抓住了这一点！

Answer 3

不过，凯文的例子很好：

std::vector<T> buffer[width * height];

应该

std::vector<T> buffer;

稍微扩展一下，您当然可以添加运算符重载而不是 at() 函数：

const T &operator()(int x, int y) const
{
  return buffer[y * width + x];
}

和

T &operator()(int x, int y)
{
  return buffer[y * width + x];
}

例子：

int main()
{
  Array2D<int, 800, 800> a;
  a(10, 10) = 50;
  std::cout << "A(10, 10)=" << a(10, 10) << std::endl;
  return 0;
}

Answer 4

你可以做一个向量的向量，但这会产生一些开销。对于 z 缓冲区，更典型的方法是创建一个大小为 800*800=640000 的数组。

const int width = 800;
const int height = 800;
unsigned int* z_buffer = new unsigned int[width*height];

然后按如下方式访问像素：

unsigned int z = z_buffer[y*width+x];

Answer 5

我可能会创建一个 800*800 的一维数组。使用像这样的单个分配可能比分配 800 个单独的向量更有效。

int *ary=new int[800*800];

然后，可能将其封装在一个类似于二维数组的类中。

class _2DArray
{
  public:
  int *operator[](const size_t &idx)
  {
    return &ary[idx*800];
  }
  const int *operator[](const size_t &idx) const
  {
    return &ary[idx*800];
  }
};

这里显示的抽象有很多漏洞，例如，如果您访问“行”末尾之后会发生什么？《Effective C++》一书对用 C++ 编写良好的多维数组进行了很好的讨论。

Answer 6

您可以做的一件事是使用 VC 更改堆栈大小（如果您确实希望数组位于堆栈上），执行此操作的标志是 [/F](http://msdn.microsoft.com/en-us/library/tdkhxaks(VS.80).aspx).

但您可能想要的解决方案是将内存放在堆中而不是堆栈中，因为您应该使用 vector 的 vectors.

下面一行声明了一个 vector 800 个元素，每个元素是 vector 共 800 个 ints 并使您免于手动管理内存。

std::vector<std::vector<int> > arr(800, std::vector<int>(800));

请注意两个右尖括号之间的空格 (> >）这是为了消除它与右移运算符的歧义（在 C++0x).

Answer 7

或者你可以尝试类似的方法：

boost::shared_array<int> zbuffer(new int[width*height]);

您仍然应该能够执行此操作：

++zbuffer[0];

不再需要担心管理内存，无需处理自定义类，而且很容易随意使用。

Answer 8

有类似 C 的做法：

const int xwidth = 800;
const int ywidth = 800;
int* array = (int*) new int[xwidth * ywidth];
// Check array is not NULL here and handle the allocation error if it is
// Then do stuff with the array, such as zero initialize it
for(int x = 0; x < xwidth; ++x)
{
    for(int y = 0; y < ywidth; ++y)
    {
         array[y * xwidth + x] = 0;
    }
}
// Just use array[y * xwidth + x] when you want to access your class.

// When you're done with it, free the memory you allocated with
delete[] array;

你可以封装 y * xwidth + x 在一个具有简单 get 和 set 方法的类中（可能通过重载 [] 运算符（如果您想开始学习更高级的 C++）。如果您刚刚开始使用 C++ 并且没有开始为 n 维数组创建可重用的完整类模板，我建议您慢慢地进行此操作，这只会让您在开始时感到困惑。

一旦您开始图形工作，您可能会发现额外的类调用的开销可能会减慢您的代码。不过，不必担心这一点，除非您的应用程序速度不够快，并且您可以对其进行分析以显示时间损失的位置，而不是使其在开始时更加难以使用并可能造成不必要的复杂性。

我发现 C++ lite FAQ 非常适合提供此类信息。特别是您的问题的答案是：

http://www.parashift.com/c++-faq-lite/freestore-mgmt.html#faq-16.16

Answer 9

您可以在静态存储上分配数组（在文件范围内，或添加 static 函数范围内的限定符），如果您只需要一个实例。

int array[800][800];

void fn()
{
    static int array[800][800];
}

这样它就不会进入堆栈，并且您不必处理动态内存。

Answer 10

好吧，在 Niall Ryan 的基础上，如果性能是一个问题，您可以通过优化数学并将其封装到一个类中来更进一步。

所以我们将从一些数学开始。回想一下，800 可以写成 2 的幂：

800 = 512 + 256 + 32 = 2^5 + 2^8 + 2^9

因此我们可以将寻址函数写为：

int index = y << 9 + y << 8 + y << 5 + x;

因此，如果我们将所有内容封装到一个漂亮的类中，我们会得到：

class ZBuffer
{
public:
    const int width = 800;
    const int height = 800;

    ZBuffer()
    {
        for(unsigned int i = 0, *pBuff = zbuff; i < width * height; i++, pBuff++)
            *pBuff = 0;
    }

    inline unsigned int getZAt(unsigned int x, unsigned int y)
    {
        return *(zbuff + y << 9 + y << 8 + y << 5 + x);
    }

    inline unsigned int setZAt(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int z)
    {
        *(zbuff + y << 9 + y << 8 + y << 5 + x) = z;
    }
private:
    unsigned int zbuff[width * height];
};