在C语言中获取多维数组列的最有效方法

我正在尝试用C创建一个矩阵数据结构。我有一个结构，并且有一个二维的void指针数组（大小在堆中动态定义），用于这个结构中的货物部分（数据）

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给定一个列索引，我想得到一维数组中该列的值。使用一个for或while循环很容易实现这一点。但是如果这个矩阵中的行数是N，那么获取列向量需要O（N）个时间。我能用memcpy这样的内存操作更有效地实现这一点吗？否则，我如何提高性能（我的数据是非常结构化的，我需要将其存储在某种矩阵中）。

如果列中的行数为N，则无法在少于O（N）的时间内复制、读取或以其他方式操作整个列。这是一个确定的下限；必须考虑每个元素，其中有N个元素

所以不，你不能使它比O（N）快

请注意，对于已知大小的2D数组，编译器会将

x[3][5]

转换为

x+（（3*num\u cols）+5）*元素的大小。因此，提高阵列速度的一种方法是删除其动态大小调整

另一个重要的一点是，对内存的顺序访问并不总是最快的——因此，仅将阵列旋转90度并不一定能获得最佳结果。将阻塞视为一种优化技术。底线：最佳内存布局取决于访问模式和硬件参数，如缓存线长度和缓存大小。
如果列中的行数为N，则无法在少于O（N）的时间内复制、读取或以其他方式操作整个列。这是一个确定的下限；必须考虑每个元素，其中有N个元素

所以不，你不能使它比O（N）快

请注意，对于已知大小的2D数组，编译器会将
x[3][5]
转换为
x+（（3*num\u cols）+5）*元素的大小。因此，提高阵列速度的一种方法是删除其动态大小调整

另一个重要的一点是，对内存的顺序访问并不总是最快的——因此，仅将阵列旋转90度并不一定能获得最佳结果。将阻塞视为一种优化技术。一句话：什么样的内存布局最好取决于您的访问模式和硬件参数，如缓存线长度和缓存大小。
正如Borelid所说，您无法改进O（N）。但是，如果对数据重新排序，使行为列，列为行，则可以加快复制操作。这将允许您使用memcpy来复制数据。
正如Borealid所说，您无法改进O（N）。但是，如果对数据重新排序，使行为列，列为行，则可以加快复制操作。这将允许您使用memcpy复制数据。
我的解决方案：

不要使用多维数组。它们在C99之前是不灵活的（不能改变所有的维度），并且妨碍执行以下高效操作。相反，只需使用一维数组并自己执行元素索引算法即可

现在，您可以设置一个指针
src
，指向列的第一个元素（
src=&matrix[row*ncols+col]；
），并使用：
为（i=0；i我的解决方案：

不要使用多维数组。它们在C99之前是不灵活的（不能改变所有维度），无法执行以下高效操作。相反，只需使用一维数组并自己执行元素索引算法即可

现在，您可以设置一个指针
src
，指向列的第一个元素（
src=&matrix[row*ncols+col]；
），并使用：
for（i=0；i复制列如果要复制矩阵中的数据，则不能在少于O（N）的时间内完成时间，无论是行还是列，除了硬件功能可能有帮助的小N

但是，如果矩阵是不可变的，则可以使用烟雾和镜像来产生具有单独列向量的错觉

下面的代码直接输入到“答案”文本框中，甚至尚未编译。使用时请自行承担风险！

矩阵类型定义为结构，因此：

typedef struct 
{
    unsigned int refCount;  // how many Matrixes are referencing this data ref
    size_t lineWidth;       // number of doubles between element at row = n, col = 0 and row = n +1, col = 0 
    double* data;           // the actual data
} DataRef;

typedef struct
{
    size_t rows;            // num rows in matrix
    size_t cols;            // num cols in matrix
    size_t dataOffset;      // offset in doubles from the start of data of element at row = 0, col = 0
    DataRef* data;
} Matrix;

创建一个全新的矩阵（为了简化，我省略了所有的错误处理）

访问元素（同样没有错误处理，例如边界错误）

从另一个矩阵的矩形区域创建新矩阵（同样，需要错误处理）

要从另一个矩阵中的列创建新矩阵，请执行以下操作：

Matrix* vector = matrix_createFromRegion(aMatrix, 0, colYouWant, matrix_numRows(aMatrix), 1);

释放矩阵

void matrix_free(Matrix* aMatrix)
{
    if (aMatrix->data->refCount == 1)
    {
        free(aMatrix->data->data);
        free(aMatrix->data);
    }
    else
    {
        aMatrix->data->refCount--;
    }
    free(aMatrix);
}

如果需要可变矩阵，则在任何时候修改元素时，检查refCount，如果大于1，则在修改之前复制DataRef（减少旧DataRef上的refCount），否则就地修改DataRef

现在，上述方法使用了大量malloc，因此可能比小矩阵的简单实现效率更低。但是，您可以维护一个未使用的DataRef结构和矩阵结构的列表，而不是在完成时释放它们，而是将它们放在自由列表中。分配新的结构时，从自由列表中获取结构，除非它们是空的。这样，获取表示现有矩阵的列的矩阵通常需要固定的时间。
如果要复制矩阵中的数据，无论是行还是列，都不能在少于O（N）的时间内完成，但硬件功能可能会有所帮助的小N除外

但是，如果矩阵是不可变的，则可以使用烟雾和镜像来产生具有单独列向量的错觉

下面的代码直接输入到“答案”文本框中，甚至尚未编译。使用时请自行承担风险！

矩阵类型定义为结构，因此：

typedef struct 
{
    unsigned int refCount;  // how many Matrixes are referencing this data ref
    size_t lineWidth;       // number of doubles between element at row = n, col = 0 and row = n +1, col = 0 
    double* data;           // the actual data
} DataRef;

typedef struct
{
    size_t rows;            // num rows in matrix
    size_t cols;            // num cols in matrix
    size_t dataOffset;      // offset in doubles from the start of data of element at row = 0, col = 0
    DataRef* data;
} Matrix;

创建一个全新的矩阵（I
Matrix* vector = matrix_createFromRegion(aMatrix, 0, colYouWant, matrix_numRows(aMatrix), 1);

void matrix_free(Matrix* aMatrix)
{
    if (aMatrix->data->refCount == 1)
    {
        free(aMatrix->data->data);
        free(aMatrix->data);
    }
    else
    {
        aMatrix->data->refCount--;
    }
    free(aMatrix);
}