使用双指针实现二维数组，为何各行内存未按预期连续？

我想用双指针实现二维数组，期望每个子数组在内存空间中连续，各行之间应间隔20字节（COL=5，int占4字节，5×4=20）。但运行以下代码后得到的结果与预期不符，能否解释为何各行内存不连续？

#define ROW 5
#define COL 5

int main() {
  int **ptr = (int **)malloc(sizeof(int *)*ROW);
  for(int i=0; i<ROW; i++) {
    *(ptr+i) = (int *)malloc(sizeof(int)*COL);
  }

  printf("%p\n", *(ptr+0));
  printf("%p\n", *(ptr+1));
  printf("%p\n", *(ptr+2));
  printf("%p\n", *(ptr+3));

return 0;
}

实际输出：

0000 0df3 4325 1450
0000 0df3 4325 1470
0000 0df3 4325 1490
0000 0df3 4325 14b0

预期输出：

0000 0df3 4325 1450
0000 0df3 4325 1464
0000 0df3 4325 1478
0000 0df3 4325 148c

问题根源 #

你当前的代码是**两次独立调用malloc**实现的：

1. 第一次malloc分配的是一个指针数组，里面每个元素都是指向int数组的指针；
2. 循环里的malloc是为每一行单独分配独立的内存块。

而malloc每次分配的内存块是彼此独立的，系统会从堆中寻找合适的空闲空间分配，这些空间没有强制连续的保证。另外，堆内存管理机制会给每个分配的内存块添加元数据（比如记录块大小、是否已分配），再加上系统的内存对齐要求（比如按16/32字节对齐），就会导致实际分配的地址间隔远大于你计算的20字节——你看到的32字节间隔（0x20）就是这个原因。

实现连续内存二维数组的正确方式 #

如果要让整个二维数组内存完全连续（行与行紧密排列），应该一次性分配足够的内存块，再通过指针数组映射各行地址：

#define ROW 5
#define COL 5

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

int main() {
    // 一次性分配可容纳ROW*COL个int的连续内存
    int *data = (int *)malloc(sizeof(int) * ROW * COL);
    // 分配指针数组，用于指向每一行的起始地址
    int **ptr = (int **)malloc(sizeof(int *) * ROW);
    
    for(int i=0; i<ROW; i++) {
        // 计算每一行的起始地址，保证行间隔为COL*sizeof(int)
        ptr[i] = data + i * COL;
    }

    // 打印各行地址
    for(int i=0; i<ROW; i++) {
        printf("%p\n", ptr[i]);
    }

    // 释放顺序：先释放指针数组，再释放数据块
    free(ptr);
    free(data);
    return 0;
}

这样输出的地址就会严格按照20字节间隔排列，因为所有行都在同一块连续内存中，行起始地址就是上一行起始地址加上COL*sizeof(int)。

另外还有更简单的方式：直接用一维数组模拟二维数组，通过data[i*COL + j]访问第i行第j列元素，不需要指针数组，内存同样完全连续。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Emre