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Como muitos sabem (creio eu) uma matriz multidimensional é armazenada na memória de forma linear, ou seja, cada linha da matriz vai na memória uma em seguida da outra. Para exemplificar eu elaborei a seguinte imagem:

inserir a descrição da imagem aqui

Sendo assim, é possível manipular uma matriz multidimensional como se fosse um vetor usando um ponteiro:

#include <stdio.h>

#define ROWS 4
#define COLUMNS 4

int main(void){

    int matrix[ROWS][COLUMNS]={{17, 10, 14, 78},
                               {4, 14, 15, 10},
                               {14, 45, 56, 70},
                               {47, 15, 49, 10}};

    int *ptr=matrix[0];

    for(unsigned int i=0; i<(ROWS*COLUMNS); i++){

        printf("[%d] ", ptr[i]);
    }

    printf("\n\n\n");

    ptr=NULL;

    return 0;
}

Sabendo disso, eu tentei aplicar esse mesmo conceito a uma matriz bidimensional que foi alocada dinamicamente, porém na hora de acessar os elementos via comando for (como no exemplo acima) eu acabei recebendo lixo na saída, ou seja, valores que não estavam na matriz. Segue o código do "programa":

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

#define ROWS 4
#define COLUMNS 4

int main(void){

    int **matrix=(int**)malloc(ROWS*sizeof(int*)); //Alocando as linhas da matriz

    for(unsigned int i=0; i<ROWS; i++){

        matrix[i]=(int*)malloc(COLUMNS*sizeof(int)); //Alocando as colunas
    }

    //Preenchendo a matriz
    for(unsigned int row=0; row<ROWS; row++){

        for(unsigned int column=0; column<COLUMNS; column++){

             matrix[row][column]=42; //42? Seria isso a resposta para "tudo"?
        }
    }

    int *ptr=matrix[0];

    //Exibindo valores
    for(unsigned int i=0; i<(ROWS*COLUMNS); i++){

        printf("[%d] ", ptr[i]);
    }

    printf("\n\n\n");

    for(unsigned int column=0; column<COLUMNS; column++){

        free(matrix[column]); //Desalocando as colunas da matriz
    }

    free(matrix); //Desalocando as linhas da matriz
    ptr=NULL;

    return 0;
}

Quando executo o código:

[42] [42] [42] [42] [-2074264339] [134268537] [42] [42] [42] [42] [-2074264339] [134268537] [42] [42] [42] [42]

Por que o resultado exibido não é parecido com o do primeiro código? O que há de errado?

2 Respostas 2

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Não há nada de "errado", somente que na alocação dinâmica, os dados são armazenados de forma diferente (não linear).

No seu exemplo, ao invés de um bloco de tamanho ROWS*COLUMNS, são alocados 4 ponteiros do tipo int, apontando para 4 vetores de inteiros.

Aqui, você aloca os 4 ponteiros:

int **matrix = (int**)malloc(ROWS*sizeof(int*));

E aqui, você aloca os 4 vetores:

for(unsigned int i=0; i<ROWS; i++){
    matrix[i] = (int*)malloc(COLUMNS*sizeof(int));
}

O esquema da memória fica da seguinte forma (exemplo):

  ptr
   |
   V
+-------+     +---------+---------+---------+--------+
| *ROW0 |---->| COLUMN0 | COLUMN1 | COLUMN2 |COLUMN3 |
+-------+     +---------+---------+---------+--------+ 
| *ROW1 |---->| COLUMN0 | COLUMN1 | COLUMN2 |COLUMN3 |
+-------+     +---------+---------+---------+--------+ 
| *ROW2 |---->| COLUMN0 | COLUMN1 | COLUMN2 |COLUMN3 |
+-------+     +---------+---------+---------+--------+ 
| *ROW3 |---->| COLUMN0 | COLUMN1 | COLUMN2 |COLUMN3 |
+-------+     +---------+---------+---------+--------+ 

Como ptr aponta para o primeiro vetor, os 4 primeiros elementos são 42, porém, logo em seguida, o que é impresso é um endereço de memória (2 posições de 32bits) seguido dos próximos 4 elementos e outro endereço e assim por diante.

Por isso, não é possível percorrer a matriz da mesma forma (linear).

Inclusive, não há garantia de que os dados serão alocados na forma do bloco do exemplo acima, pois o malloc pode alocar os blocos em posições diferentes do heap, conforme a necessidade (ex: se a memória estiver fragmentada).

Referência sobre fragmentação (em inglês): Dynamic Memory Allocation and Fragmentation in C and C++

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  • De quem é exatamente esses endereços impressos?
    – user105951
    Commented 8/06/2018 às 4:50
  • São os endereços do próximo vetor, conforme o desenho acima. Mas, como eu disse na resposta, não há garantia de que os valores impressos sejam sempre esses. O malloc pode alocar os blocos em locais diferentes
    – Gomiero
    Commented 8/06/2018 às 13:19
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Eu fiz umas pequenas modificações no seu código, não sei exatamente se está certo ou não também, mas o resultado bateu com o que você queria.

O que eu fiz foi, na declaração da variável ptr, adicionar um outro asterisco e transformar em um ponteiro de ponteiros, tal qual a sua variável matriz, e atribuir com a variável em si, não com a primeira linha ou com o primeiro elemento. Também modifiquei o for que imprimia, usando duas variáveis i e j para selecionar o elemento pretendido da matriz.

Ficou assim a parte alterada:

int **ptr = matrix;

//Exibindo valores
for(unsigned int i=0; i<(ROWS); i++){
    for (unsigned int j = 0; j < COLUMNS; j++){
        printf("[%d] ", ptr[i][j]);
    }
}

Estou aprendendo também, então qualquer coisa, fico feliz em ser corrigido ou complementado.

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