C语言动态分配contiguous二维数组的循环逻辑与内存连续性疑问

你看到的这段循环是二级指针实现连续二维数组的标准写法的一部分，完整的分配逻辑一般分为三个前置步骤：

1. 先声明二级指针T **matrix（T为存储元素的类型，比如int、float等）
2. 给二级指针分配num_rows个行指针的存储空间：matrix = malloc(num_rows * sizeof(T*));
3. 一次性分配所有元素需要的整块连续内存，赋值给第0行的行指针：matrix[0] = malloc(num_rows * num_cols * sizeof(T));

你贴出的循环就是在完成以上三步后，给剩余行指针赋值的核心逻辑，工作原理如下：

• C语言的指针算术自带类型适配特性：对T*类型的指针做加法时，加n等价于地址向后偏移n * sizeof(T)个字节，刚好对应跳过n个T类型元素的位置，不需要手动计算字节偏移量
• 循环从第1行开始（i=1），每次把当前行的首地址matrix[i]设置为上一行首地址matrix[i-1]向后跳num_cols个元素的位置
• 举实际例子方便理解：假设num_rows=3、num_cols=4、元素类型为int（单元素占4字节），整块元素内存的起始地址为0x100：
  • 初始状态matrix[0] = 0x100，对应第0行的元素存储在地址0x100 ~ 0x10F（4个int共占16字节）
  • 第一次循环i=1：matrix[1] = matrix[0] + 4 = 0x100 + 4*4 = 0x110，对应第1行的元素存储在0x110 ~ 0x11F，刚好接在第0行的末尾
  • 第二次循环i=2：matrix[2] = matrix[1] + 4 = 0x110 + 16 = 0x120，对应第2行的元素接在第1行末尾
• 最终所有行的元素都存储在最开始分配的整块连续内存里，没有任何空隙，自然实现了所有元素地址连续的效果。
• 这种分配方式下，matrix[i][j]和matrix[0][i * num_cols + j]的访问效果完全等价，也印证了内存的连续性。

这种分配方式的额外好处是释放内存非常方便，不需要逐行释放，只需要两次free操作即可：

free(matrix[0]); // 先释放存储元素的整块内存
free(matrix); // 再释放行指针数组

对比非连续分配的差异：如果不用这种整体分配+行指针偏移的写法，而是给每一行单独调用malloc分配空间，那每个matrix[i]指向的地址是堆上随机分配的，行和行之间可能存在内存空隙，甚至地址完全不相邻，无法实现全元素连续的效果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者pattrick james