面试题：C语言中利用指向多维数组的指针进行复杂数据处理

Question

给定一个三维数组 int cube[2][3][4]，每个元素表示一个坐标点的某种属性值。请编写一个函数，该函数接受一个指向这个三维数组的指针，计算并返回所有元素的平均值，同时要考虑到不同维度的内存布局对指针操作的影响。

Answer 1

#include <iostream>

// 函数声明
double calculateAverage(int (*cube)[3][4], int dim1, int dim2, int dim3);

int main() {
    int cube[2][3][4] = {
        {
            {1, 2, 3, 4},
            {5, 6, 7, 8},
            {9, 10, 11, 12}
        },
        {
            {13, 14, 15, 16},
            {17, 18, 19, 20},
            {21, 22, 23, 24}
        }
    };

    double average = calculateAverage(cube, 2, 3, 4);
    std::cout << "平均值: " << average << std::endl;

    return 0;
}

// 函数定义
double calculateAverage(int (*cube)[3][4], int dim1, int dim2, int dim3) {
    int sum = 0;
    int totalElements = dim1 * dim2 * dim3;

    // 遍历三维数组
    for (int i = 0; i < dim1; ++i) {
        for (int j = 0; j < dim2; ++j) {
            for (int k = 0; k < dim3; ++k) {
                sum += cube[i][j][k];
            }
        }
    }

    return static_cast<double>(sum) / totalElements;
}

1. 函数声明部分：
   • double calculateAverage(int (*cube)[3][4], int dim1, int dim2, int dim3);：声明了一个函数calculateAverage，它接受一个指向三维数组int [3][4]的指针cube，以及三个表示数组各维度大小的整数dim1、dim2、dim3，返回值类型为double，即平均值。
2. main函数部分：
   • 定义了一个三维数组cube并初始化。
   • 调用calculateAverage函数计算平均值，并输出结果。
3. 函数定义部分：
   • double calculateAverage(int (*cube)[3][4], int dim1, int dim2, int dim3)：函数实现。
   • int sum = 0;：用于累加数组元素的值。
   • int totalElements = dim1 * dim2 * dim3;：计算数组元素的总数。
   • 通过三层嵌套循环遍历三维数组，累加每个元素的值到sum中。
   • 最后返回sum除以元素总数的结果，转换为double类型。

在C++中，三维数组在内存中是按行优先顺序存储的，这意味着最内层的维度（这里是4）先变化，然后是中间层维度（这里是3），最外层维度（这里是2）最后变化。上述代码通过指针和循环正确地处理了这种内存布局来计算平均值。