在C语言中指针数组和数组指针在动态内存分配中的应用

1. 指针数组在动态内存分配中的应用

场景示例：存储多个字符串

假设我们要编写一个程序，用于存储用户输入的多个字符串。我们不知道用户会输入多少个字符串，也不知道每个字符串的长度，这时就可以使用指针数组进行动态内存分配。

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

int main() {
   
    int num_strings;
    printf("请输入字符串的数量: ");
    scanf("%d", &num_strings);

    // 动态分配指针数组，用于存储字符串指针
    char **string_array = (char **)malloc(num_strings * sizeof(char *));
    if (string_array == NULL) {
   
        printf("内存分配失败！\n");
        return 1;
    }

    // 循环为每个字符串分配内存并获取用户输入
    for (int i = 0; i < num_strings; i++) {
   
        char buffer[100];
        printf("请输入第 %d 个字符串: ", i + 1);
        scanf("%s", buffer);
        string_array[i] = (char *)malloc((strlen(buffer) + 1) * sizeof(char));
        if (string_array[i] == NULL) {
   
            printf("为字符串分配内存失败！\n");
            return 1;
        }
        strcpy(string_array[i], buffer);
    }

    // 打印存储的字符串
    for (int i = 0; i < num_strings; i++) {
   
        printf("字符串 %d: %s\n", i + 1, string_array[i]);
    }

    // 释放内存
    for (int i = 0; i < num_strings; i++) {
   
        free(string_array[i]);
    }
    free(string_array);

    return 0;
}

在这个例子中：

• 首先，我们根据用户输入的字符串数量num_strings动态分配一个指针数组string_array。这个指针数组的每个元素都是一个指针，用于指向一个字符串。
• 然后，对于每个字符串，我们先使用一个临时缓冲区buffer获取用户输入。接着，根据输入字符串的长度（加上字符串结束符\0）为每个字符串动态分配内存，并将用户输入的字符串复制到新分配的内存中。
• 最后，我们打印出存储的所有字符串，并释放为每个字符串和指针数组本身分配的内存。

这种方式的优势在于可以灵活地处理不同数量和长度的字符串，非常适合处理文本数据，如文本编辑器中的行存储等应用场景。

1. 数组指针在动态内存分配中的应用

场景示例：创建二维数组（模拟矩阵）

考虑我们需要创建一个二维数组来存储整数矩阵，矩阵的行数和列数由用户决定。

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

int main() {
   
    int num_rows, num_cols;
    printf("请输入矩阵的行数: ");
    scanf("%d", &num_rows);
    printf("请输入矩阵的列数: ");
    scanf("%d", &num_cols);

    // 动态分配数组指针，用于指向二维数组
    int (*matrix_ptr)[num_cols];
    matrix_ptr = (int (*)[num_cols])malloc(num_rows * sizeof(int [num_cols]));
    if (matrix_ptr == NULL) {
   
        printf("内存分配失败！\n");
        return 1;
    }

    // 填充矩阵数据
    for (int i = 0; i < num_rows; i++) {
   
        for (int j = 0; j < num_cols; j++) {
   
            matrix_ptr[i][j] = i * j;
        }
    }

    // 打印矩阵
    for (int i = 0; i < num_rows; i++) {
   
        for (int j = 0; j < num_cols; j++) {
   
            printf("%d ", matrix_ptr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    // 释放内存
    free(matrix_ptr);

    return 0;
}

在这个例子中：

• 首先，根据用户输入的行数num_rows和列数num_cols，我们动态分配一个数组指针matrix_ptr，这个指针指向一个包含num_cols个整数的数组（也就是二维数组的一行）。
• 然后，通过matrix_ptr，我们可以像使用普通二维数组一样填充矩阵数据。这里我们简单地用i * j来填充每个元素。
• 最后，我们打印出矩阵，并释放动态分配的内存。

这种方式在处理二维或多维数组数据结构时非常有用，例如图像处理中的像素矩阵、科学计算中的矩阵运算等场景，它可以保证数据在内存中是连续存储的，便于高效地访问和处理。