Массивы. Одномерные массивы
Что такое массивы в си?
Как объявлять массивы в си?
Как инициализировать массивы в си?
Массивы в Си для чайников.
Массивы в C
Массив в Си - это набор элементов одного типа, обратиться к которым можно по индексу. Элементы массивов в C расположены друг за другом в памяти компьютера.
Простой пример создания и заполнения массива в C:
// @author Subbotin B.P..h> void main(void) { int nArr; nArr = 1; nArr = 2; nArr = 3; printf("\n\tArray\n\n"); printf("nArr\t=\t%d\n", nArr); printf("nArr\t=\t%d\n", nArr); printf("nArr\t=\t%d\n", nArr); return 0; }
Получаем:
В примере объявляем массив, содержащий элементы типа int:
здесь имя массива nArr, количество элементов массива равно трём, тип элементов массива int.
Массив - это набор элементов. К каждому элементу массива можно обратиться по его номеру. Номер принято называть индексом. Нумерация элементов массива идёт с нуля. Присвоим значение первому элементу массива, а первый элемент имеет индекс ноль:
Присвоим значение второму элементу массива, а второй элемент имеет индекс один:
Присвоим значение третьему элементу массива, а третий элемент имеет индекс два:
При выводе на экран элементов массива мы получаем их значения. Вот так:
printf("nArr\t=\t%d\n", nArr);
Чтоб получить элемент массива, надо указать имя массива и индекс элемента:
это первый элемент массива, ведь у первого элемета индекс ноль.
Присвоим значение третьего элемента массива переменной int a:
индекс третьего элемента массива равен двум, так как отсчёт индексов ведут с нуля.
Теперь общее правило объявления массивов в Си: при объявлении массива нужно указать его имя, тип элементов, количество элементов. Количество элементов есть натуральное число, т.е. целое положительное. Ноль не может быть количеством элементов. Нельзя задавать переменное количество элементов массива. Вот примеры объявлений массивов в C:
int nArr; // Объявлен массив, предназначенный для хранения ста целых чисел;
float fArr; // Объявлен массив, предназначенный для хранения 5-ти чисел типа float;
char cArr; // Объявлен массив, предназначенный для хранения двух символов;
Ошибкой будет объявить массив с переменным количеством элементов:
Int varElem;
int nArr; // Ошибка! Количество элементов нельзя задавать переменной;
Но можно задавать количество элементов постоянной величиной: или непосредственным целым положительным числом 1, 2, 3... или константой:
Const int arrayLength = 3;
int nArr;
При объявлении массива в Си его сразу можно инициализировать:
int nMassiv = {1, 2, 3};
Можно не указывать количество элементов массива в квадратных скобках, если инициализируются все элементы массива:
int nMassiv = {1, 2, 3};
количество элементов будет в этом случае определено автоматически.
Можно определить лишь часть элементов массива при его объявлении:
int nMassiv = {1, 2};
в этом примере первые два элемента массива инициализированы, а третий не определен.
Пример массива символов:
char cArr = {"S", "B", "P"};
При объявлении массива нельзя указывать количество элементов переменной. Но можно использовать переменные при обращении к элементам массивов:
Int ind = 0;
char cr = cArr;
Это используется при работе с циклами. Пример:
// @author Subbotin B.P..h> void main(void) { const int arrayLength = 3; int nArr; for(int inn = 0; inn < 3; inn++) { nArr = inn + 1; } printf("\n\tArray\n\n"); for(int inn = 0; inn < 3; inn++) { printf("nArr[%d]\t=\t%d\n", inn, nArr); } return 0; }
В примере в первом цикле заполняем массив элементами типа int, а во втором цикле выводим эти элементы на экран.
- Tutorial
В этом посте я постараюсь окончательно разобрать такие тонкие понятия в C и C++, как указатели, ссылки и массивы. В частности, я отвечу на вопрос, так являются массивы C указателями или нет.
Обозначения и предположения
- Я буду предполагать, что читатель понимает, что, например, в C++ есть ссылки, а в C - нет, поэтому я не буду постоянно напоминать, о каком именно языке (C/C++ или именно C++) я сейчас говорю, читатель поймёт это из контекста;
- Также, я предполагаю, что читатель уже знает C и C++ на базовом уровне и знает, к примеру, синтаксис объявления ссылки. В этом посте я буду заниматься именно дотошным разбором мелочей;
- Буду обозначать типы так, как выглядело бы объявление переменной TYPE соответствующего типа. Например, тип «массив длины 2 int"ов» я буду обозначать как int TYPE ;
- Я буду предполагать, что мы в основном имеем дело с обычными типами данных, такими как int TYPE , int *TYPE и т. д., для которых операции =, &, * и другие не переопределены и обозначают обычные вещи;
- «Объект» всегда будет означать «всё, что не ссылка», а не «экземпляр класса»;
- Везде, за исключением специально оговоренных случаев, подразумеваются C89 и C++98.
Указатели и ссылки
Указатели . Что такое указатели, я рассказывать не буду. :) Будем считать, что вы это знаете. Напомню лишь следующие вещи (все примеры кода предполагаются находящимися внутри какой-нибудь функции, например, main):Int x;
int *y = &x; // От любой переменной можно взять адрес при помощи операции взятия адреса "&". Эта операция возвращает указатель
int z = *y; // Указатель можно разыменовать при помощи операции разыменовывания "*". Это операция возвращает тот объект, на который указывает указатель
Также напомню следующее: char - это всегда ровно один байт и во всех стандартах C и C++ sizeof (char) == 1 (но при этом стандарты не гарантируют, что в байте содержится именно 8 бит:)). Далее, если прибавить к указателю на какой-нибудь тип T число, то реальное численное значение этого указателя увеличится на это число, умноженное на sizeof (T) . Т. е. если p имеет тип T *TYPE , то p + 3 эквивалентно (T *)((char *)p + 3 * sizeof (T)) . Аналогичные соображения относятся и к вычитанию.
Ссылки
. Теперь по поводу ссылок. Ссылки - это то же самое, что и указатели, но с другим синтаксисом и некоторыми другими важными отличиями, о которых речь пойдёт дальше. Следующий код ничем не отличается от предыдущего, за исключением того, что в нём фигурируют ссылки вместо указателей:
int x;
int &y = x;
int z = y;
Если слева от знака присваивания стоит ссылка, то нет никакого способа понять, хотим мы присвоить самой ссылке или объекту, на который она ссылается. Поэтому такое присваивание всегда присваивает объекту, а не ссылке. Но это не относится к инициализации ссылки: инициализируется, разумеется, сама ссылка. Поэтому после инициализации ссылки нет никакого способа изменить её саму, т. е. ссылка всегда постоянна (но не её объект).
Lvalue . Те выражения, которым можно присваивать, называются lvalue в C, C++ и многих других языках (это сокращение от «left value», т. е. слева от знака равенства). Остальные выражения называются rvalue. Имена переменных очевидным образом являются lvalue, но не только они. Выражения a , some_struct.some_field , *ptr , *(ptr + 3) - тоже lvalue.
Удивительный факт состоит в том, что ссылки и lvalue - это в каком-то смысле одно и то же. Давайте порассуждаем. Что такое lvalue? Это нечто, чему можно присвоить. Т. е. это некое фиксированное место в памяти, куда можно что-то положить. Т. е. адрес. Т. е. указатель или ссылка (как мы уже знаем, указатели и ссылки - это два синтаксически разных способа в C++ выразить понятие адреса). Причём скорее ссылка, чем указатель, т. к. ссылку можно поместить слева от знака равенства и это будет означать присваивание объекту, на который указывает ссылка. Значит, lvalue - это ссылка.
Окей, но ведь (почти любая) переменная тоже может быть слева от знака равенства. Значит, (такая) переменная - ссылка? Почти. Выражение, представляющее собой переменную - ссылка.
Иными словами, допустим, мы объявили int x . Теперь x - это переменная типа int TYPE и никакого другого. Это int и всё тут. Но если я теперь пишу x + 2 или x = 3 , то в этих выражениях подвыражение x имеет тип int &TYPE . Потому что иначе этот x ничем не отличался бы от, скажем, 10, и ему (как и десятке) нельзя было бы ничего присвоить.
Этот принцип («выражение, являющееся переменной - ссылка») - моя выдумка. Т. е. ни в каком учебнике, стандарте и т. д. я этот принцип не видел. Тем не менее, он многое упрощает и его удобно считать верным. Если бы я реализовывал компилятор, я бы просто считал там переменные в выражениях ссылками, и, вполне возможно, именно так и предполагается в реальных компиляторах.
Принцип «любое lvalue - ссылка» - тоже моя выдумка. А вот принцип «любая ссылка - lvalue» - вполне законный, общепризнанный принцип (разумеется, ссылка должна быть ссылкой на изменяемый объект, и этот объект должен допускать присваивание).
Теперь, с учётом наших соглашений, сформулируем строго правила работы со ссылками: если объявлено, скажем, int x , то теперь выражение x имеет тип int &TYPE . Если теперь это выражение (или любое другое выражение типа ссылка) стоит слева от знака равенства, то оно используется именно как ссылка, практически во всех остальных случаях (например, в ситуации x + 2) x автоматически конвертируется в тип int TYPE (ещё одной операцией, рядом с которой ссылка не конвертируется в свой объект, является &, как мы увидим далее). Слева от знака равенства может стоять только ссылка. Инициализировать (неконстантную) ссылку может только ссылка.
Операции * и & . Наши соглашения позволяют по-новому взглянуть на операции * и &. Теперь становится понятно следующее: операция * может применяться только к указателю (конкретно это было всегда известно) и она возвращает ссылку на тот же тип. & применяется всегда к ссылке и возвращает указатель того же типа. Таким образом, * и & превращают указатели и ссылки друг в друга. Т. е. по сути они вообще ничего не делают и лишь заменяют сущности одного синтаксиса на сущности другого! Таким образом, & вообще-то не совсем правильно называть операцией взятия адреса: она может быть применена лишь к уже существующему адресу, просто она меняет синтаксическое воплощение этого адреса.
Замечу, что указатели и ссылки объявляются как int *x и int &x . Таким образом, принцип «объявление подсказывает использование» лишний раз подтверждается: объявление указателя напоминает, как превратить его в ссылку, а объявление ссылки - наоборот.
Также замечу, что &*EXPR (здесь EXPR - это произвольное выражение, не обязательно один идентификатор) эквивалентно EXPR всегда, когда имеет смысл (т. е. всегда, когда EXPR - указатель), а *&EXPR тоже эквивалентно EXPR всегда, когда имеет смысл (т. е. когда EXPR - ссылка).
Массивы
Итак, есть такой тип данных - массив. Определяются массивы, например, так:int x;
Выражение в квадратных скобках должно быть непременно константой времени компиляции в C89 и C++98. При этом в квадратных скобках должно стоять число, пустые квадратные скобки не допускаются.
Подобно тому, как все локальные переменные (напомню, мы предполагаем, что все примеры кода находятся внутри функций) находятся на стеке, массивы тоже находятся на стеке. Т. е. приведённый код привёл к выделению прямо на стеке огромного блока памяти размером 5 * sizeof (int) , в котором целиком размещается наш массив. Не нужно думать, что этот код объявил некий указатель, который указывает на память, размещённую где-то там далеко, в куче. Нет, мы объявили массив, самый настоящий. Здесь, на стеке.
Чему будет равно sizeof (x) ? Разумеется, оно будет равно размеру нашего массива, т. е. 5 * sizeof (int) . Если мы пишем
struct foo
{
int a;
int b;
};
то, опять-таки, место для массива будет целиком выделяться прямо внутри структуры, и sizeof от этой структуры будет это подтверждать.
От массива можно взять адрес (&x), и это будет самый настоящий указатель на то место, где этот массив расположен. Тип у выражения &x , как легко понять, будет int (*TYPE) . В начале массива размещён его нулевой элемент, поэтому адрес самого массива и адрес его нулевого элемента численно совпадают. Т. е. &x и &(x) численно равны (тут я лихо написал выражение &(x) , на самом деле в нём не всё так просто, к этому мы ещё вернёмся). Но эти выражения имеют разный тип - int (*TYPE) и int *TYPE , поэтому сравнить их при помощи == не получится. Но можно применить трюк с void * : следующее выражение будет истинным: (void *)&x == (void *)&(x) .
Хорошо, будем считать, я вас убедил, что массив - это именно массив, а не что-нибудь ещё. Откуда тогда берётся вся эта путаница между указателями и массивами? Дело в том, что имя массива почти при любых операциях преобразуется в указатель на его нулевой элемент.
Итак, мы объявили int x . Если мы теперь пишем x + 0 , то это преобразует наш x (который имел тип int TYPE , или, более точно, int (&TYPE)) в &(x) , т. е. в указатель на нулевой элемент массива x. Теперь наш x имеет тип int *TYPE .
Конвертирование имени массива в void * или применение к нему == тоже приводит к предварительному преобразованию этого имени в указатель на первый элемент, поэтому:
&x == x // ошибка компиляции, разные типы: int (*TYPE) и int *TYPE
(void *)&x == (void *)x // истина
x == x + 0 // истина
x == &(x) // истина
Операция . Запись a[b] всегда эквивалентна *(a + b) (напомню, что мы не рассматриваем переопределения operator и других операций). Таким образом, запись x означает следующее:
- x эквивалентно *(x + 2)
- x + 2 относится к тем операциям, при которых имя массива преобразуется в указатель на его первый элемент, поэтому это происходит
- Далее, в соответствии с моими объяснениями выше, x + 2 эквивалентно (int *)((char *)x + 2 * sizeof (int)) , т. е. x + 2 означает «сдвинуть указатель x на два int"а»
- Наконец, от результата берётся операция разыменования и мы извлекаем тот объект, который размещён по этому сдвинутому указателю
Типы у участвовавших выражений следующие:
x // int (&TYPE), после преобразования типа: int *TYPE
x + 2 // int *TYPE
*(x + 2) // int &TYPE
x // int &TYPE
Также замечу, что слева от квадратных скобок необязательно должен стоять именно массив, там может быть любой указатель. Например, можно написать (x + 2) , и это будет эквивалентно x . Ещё замечу, что *a и a всегда эквивалентны, как в случае, когда a - массив, так и когда a - указатель.
Теперь, как я и обещал, я возвращаюсь к &(x) . Теперь ясно, что в этом выражении сперва x преобразуется в указатель, затем к этому указателю в соответствии с вышеприведённым алгоритмом применяется и в результате получается значение типа int &TYPE , и наконец, при помощи & оно преобразуется к типу int *TYPE . Поэтому, объяснять при помощи этого сложного выражения (внутри которого уже выполняется преобразование массива к указателю) немного более простое понятие преобразования массива к указателю - это был немного мухлёж.
А теперь вопрос на засыпку : что такое &x + 1 ? Что ж, &x - это указатель на весь массив целиком, + 1 приводит к шагу на весь этот массив. Т. е. &x + 1 - это (int (*))((char *)&x + sizeof (int )) , т. е. (int (*))((char *)&x + 5 * sizeof (int)) (здесь int (*) - это int (*TYPE)). Итак, &x + 1 численно равно x + 5 , а не x + 1 , как можно было бы подумать. Да, в результате мы указываем на память, которая находится за пределами массива (сразу после последнего элемента), но кого это волнует? Ведь в C всё равно не проверяется выход за границы массива. Также, заметим, что выражение *(&x + 1) == x + 5 истинно. Ещё его можно записать вот так: (&x) == x + 5 . Также будет истинным *((&x)) == x , или, что тоже самое, (&x) == x (если мы, конечно, не схватим segmentation fault за попытку обращения за пределы нашей памяти:)).
Массив нельзя передать как аргумент в функцию . Если вы напишите int x или int x в заголовке функции, то это будет эквивалентно int *x и в функцию всегда будет передаваться указатель (sizeof от переданной переменной будет таким, как у указателя). При этом размер массива, указанный в заголовке будет игнорироваться. Вы запросто можете указать в заголовке int x и передать туда массив длины 3.
Однако, в C++ существует способ передать в функцию ссылку на массив:
void f (int (&x))
{
// sizeof (x) здесь равен 5 * sizeof (int)
}
int main (void)
{
int x;
f (x); // OK
f (x + 0); // Нельзя
int y;
f (y); // Нельзя, не тот размер
}
При такой передаче вы всё равно передаёте лишь ссылку, а не массив, т. е. массив не копируется. Но всё же вы получаете несколько отличий по сравнению с обычной передачей указателя. Передаётся ссылка на массив. Вместо неё нельзя передать указатель. Нужно передать именно массив указанного размера. Внутри функции ссылка на массив будет вести себя именно как ссылка на массив, например, у неё будет sizeof как у массива.
И что самое интересное, эту передачу можно использовать так:
// Вычисляет длину массива
template
Похожим образом реализована функция std::end в C++11 для массивов.
«Указатель на массив»
. Строго говоря, «указатель на массив» - это именно указатель на массив и ничто другое. Иными словами:
int (*a); // Это указатель на массив. Самый настоящий. Он имеет тип int (*TYPE)
int b;
int *c = b; // Это не указатель на массив. Это просто указатель. Указатель на первый элемент некоего массива
int *d = new int; // И это не указатель на массив. Это указатель
Однако, иногда под фразой «указатель на массив» неформально понимают указатель на область памяти, в которой размещён массив, даже если тип у этого указателя неподходящий. В соответствии с таким неформальным пониманием c и d (и b + 0) - это указатели на массивы.
Многомерные массивы
. Если объявлено int x , то x - это не массив длины 5 неких указателей, указывающих куда-то далеко. Нет, x теперь - это единый монолитный блок размером 5 x 7, размещённый на стеке. sizeof (x) равен 5 * 7 * sizeof (int) . Элементы располагаются в памяти так: x , x , x , x , x , x , x , x и так далее. Когда мы пишем x , события развиваются так:
x // int (&TYPE), после преобразования: int (*TYPE)
x // int (&TYPE), после преобразования: int *TYPE
x // int &TYPE
То же самое относится к **x . Замечу, что в выражениях, скажем, x + 3 и **x + 3 в реальности извлечение из памяти происходит только один раз (несмотря на наличие двух звёздочек), в момент преобразования окончательной ссылки типа int &TYPE просто в int TYPE . Т. е. если бы мы взглянули на ассемблерный код, который генерируется из выражения **x + 3 , мы бы в нём увидели, что операция извлечения данных из памяти выполняется там только один раз. **x + 3 можно ещё по-другому записать как *(int *)x + 3 .
А теперь посмотрим на такую ситуацию:
int **y = new int *;
for (int i = 0; i != 5; ++i)
{
y[i] = new int;
}
Что теперь есть y? y - это указатель на массив (в неформальном смысле!) указателей на массивы (опять-таки, в неформальном смысле). Нигде здесь не появляется единый блок размера 5 x 7, есть 5 блоков размера 7 * sizeof (int) , которые могут находиться далеко друг от друга. Что есть y ?
y // int **&TYPE
y // int *&TYPE
y // int &TYPE
Теперь, когда мы пишем y + 3 , извлечение из памяти происходит два раза: извлечение из массива y и последующее извлечение из массива y , который может находиться далеко от массива y. Причина этого в том, что здесь не происходит преобразования имени массива в указатель на его первый элемент, в отличие от примера с многомерным массивом x. Поэтому **y + 3 здесь не эквивалентен *(int *)y + 3 .
Объясню ещё разок. x эквивалентно *(*(x + 2) + 3) . И y эквивалентно *(*(y + 2) + 3) . Но в первом случае наша задача найти «третий элемент во втором ряду» в едином блоке размера 5 x 7 (разумеется, элементы нумеруются с нуля, поэтому этот третий элемент будет в некотором смысле четвёртым:)). Компилятор вычисляет, что на самом деле нужный элемент находится на 2 * 7 + 3 -м месте в этом блоке и извлекает его. Т. е. x здесь эквивалентно ((int *)x) , или, что то же самое, *((int *)x + 2 * 7 + 3) . Во втором случае сперва извлекает 2-й элемент в массиве y, а затем 3-й элемент в полученном массиве.
В первом случае, когда мы делаем x + 2 , мы сдвигаемся сразу на 2 * sizeof (int ) , т. е. на 2 * 7 * sizeof (int) . Во втором случае, y + 2 - это сдвиг на 2 * sizeof (int *) .
В первом случае (void *)x и (void *)*x (и (void *)&x !) - это один и тот же указатель, во втором - это не так.
П
усть нам необходимо работать с большим количеством однотипных данных. Например, у нас есть тысяча измерений координаты маятника с каким-то
шагом по времени. Создавать 1000 переменных для хранения всех значений очень... обременительно. Вместо этого множество однотипных данных можно объединить под одним именем и
обращаться к каждому конкретному элементу по его порядковому номеру.
Массив в си определяется следующим образом
<тип> <имя массива>[<размер>];
Например,
int a;
Мы получим массив с именем a
, который содержит сто элементов типа int
. Как и в случае с переменными, массив содержит мусор.
Для получения доступа до первого элемента, в квадратных скобках пишем его номер (индекс). Например
#include
Первый элемент имеет порядковый номер 0. Важно понимать, почему. В дальнейшем будем представлять память компьютера в виде ленты. Имя массива - это указатель на адрес памяти, где располагаются элементы массива.
Рис. 1 Массив хранит адрес первого элемента. Индекс i элемента - это сдвиг на i*sizeof(тип) байт от начала
Индекс массива указывает, на сколько байт необходимо сместиться относительно начала массива, чтобы получить доступ до нужно элемента.
Например, если массив A
имеет тип int
, то A означает, что мы сместились на 10*sizeof(int) байт относительно начала.
Первый элемент находится в самом начале и у него смещение 0*sizeof(int) .
В си массив не хранит своего размера и не проверяет индекс массива на корректность. Это значит, что можно выйти за пределы массива и обратиться к памяти,
находящейся дальше последнего элемента массива (или ближе).
Начальная инициализация массива.
Н апишем простую программу. Создадим массив, после чего найдём его максимальный элемент.
#include
Разберём пример. Сначала мы создаём массив и инициализируем его при создании. После этого присваиваем максимальному найденному элементу значение первого элемента массива.
Max = a;
После чего проходим по массиву. Так как мы уже просмотрели первый элемент (у него индекс 1), то нет смысла снова его просматривать.
Тот же пример, только теперь пользователь вводит значения
#include
В том случае, если при инициализации указано меньше значений, чем размер массива, остальные элементы заполняются нулями.
#include
Если необходимо заполнить весь массив нулями, тогда пишем
Int a = {0};
Можно не задавать размер массива явно, например
Int a = {1, 2, 3};
массив будет иметь размер 3
Размер массива
М ассив в си должен иметь константный размер. Это значит, что невозможно, например, запросить у пользователя размер, а потом задать этот размер массиву.
Printf("Enter length of array "); scanf("%d", &length); { float x; }
Создание динамических массивов будет рассмотрено дальше, при работе с указателями и памятью
В некоторых случаях можно узнать размер массива с помощью функции sizeof.
#include
Но это вряд ли будет полезным. При передаче массива в качестве аргумента функции будет передаваться указатель, поэтому размер массива будет невозможно узнать.
Статические массивы удобны, когда заранее известно число элементов. Они предоставляют быстрый, но небезопасный доступ до элементов.
Переполнение массива
П ускай у вас есть такой код
Int A; int i; for (i=0; i<=10; i++) { A[i] = 1; }
Здесь цикл for
задан с ошибкой. В некоторых старых версиях компиляторов этот код зацикливался. Дело в том, что переменная i
располагалась при
компиляции сразу за массивом A
. При выходе за границы массива счётчик переводился в 1.
Массивы небезопасны, так как неправильная работа с индексом может приводить к доступу к произвольному участку памяти (Теоретически. Современные компиляторы сами заботятся о том, чтобы вы не копались в чужой памяти).
Если вы работаете с массивами, то необходимо следить за тем, чтобы счётчик не превышал размер массива и не был отрицательным. Для этого, как минимум,
- 1. Используйте тип size_t для индексирования. Он обезопасит вас от отрицательных значений и его всегда хватит для массива любого размера.
- 2. Помните, что массив начинается с нуля.
- 3. Последний элемент массива имеет индекс (размер массива - 1)
Примеры
Т
еперь несколько типичных примеров работы с массивами
1. Переворачиваем массив.
#include
Здесь незнакомая для вас конструкция
#define SIZE 10u
макрос. Во всём коде препроцессор автоматически заменит все вхождения SIZE на 10u.
2. Удаление элемента, выбранного пользователем.
#include
Удаление элемента в данном случае, конечно, не происходит. Массив остаётся того же размера, что и раньше. Мы просто затираем удаляемый элемент следующим за ним
и выводим SIZE-1 элементов.
3. Пользователь вводит значения в массив. После этого вывести все разные значения, которые он ввёл.
Пусть пользователь вводит конечное число элементов, допустим 10. Тогда заранее известно, что всего различных значений будет не более 10. Каждый раз, когда пользователь вводит число будем проходить по массиву и проверять, было ли такое число введено.
#include
4. Пользователь вводит число - количество измерений (от 2 до 10). После этого вводит все измерения. Программа выдаёт среднее значение, дисперсию, погрешность.
#include
5. Сортировка массива пузырьком
#include
6. Перемешаем массив. Воспользуемся для этого алгоритмом
До сих пор мы работали с простыми типами данных – логический (boolean), целый (integer , word , byte , longint), вещественный (real), символьный (char). Любой алгоритм можно запрограммировать с помощью этих четырех базовых типов. Но для обработки информации о многообразном реальном мире требуются данные, имеющие более сложное строение. Такие сложные конструкции, основанные на простейших скалярных типах, называются структурами. Структура – некоторый составной тип данных, составленный из базовых скалярных. Если структура не изменяет своего строения на протяжении всего выполнения программы, в которой она описана, то такую структуру называют статической.
Массив – однородная совокупность элементов
Самой распространенной структурой, реализованной практически во всех языках программирования, является массив.
Массивы состоят из ограниченного числа компонент, причем все компоненты массива имеют один и тот же тип, называемый базовым. Структура массива всегда однородна. Массив может состоять из элементов типа integer , real или char , либо других однотипных элементов. Из этого, правда, не следует делать вывод, что компоненты массива могут иметь только скалярный тип.
Другая особенность массива состоит в том, что к любой его компоненте можно обращаться произвольным образом. Что это значит? Программа может сразу получить нужный ей элемент по его порядковому номеру (индексу).
Индекс массива
Номер элемента массива называется индексом . Индекс – это значение порядкового типа, определенного, как тип индекса данного массива. Очень часто это целочисленный тип (integer , word или byte), но может быть и логический и символьный.
Описание массива в Паскале. В языке Паскаль тип массива задается с использованием специального слова array (англ. – массив), и его объявление в программе выглядит следующим образом:
Type < имя _ типа >= array [ I ] of T;
где I – тип индекса массива, T – тип его элементов.
Можно описывать сразу переменные типа массив, т.е. в разделе описания переменных:
Var a,b: array [ I ] of T;
Обычно тип индекса характеризуется некоторым диапазоном значений любого порядкового типа: I 1 .. I n . Например, индексы могут изменяться в диапазоне 1..20 или " a ".." n ".
При этом длину массива Паскаля характеризует выражение:
ord (I n)- ord (I 1)+1.
Вот, например, объявление двух типов: vector в виде массива Паскаля из 10 целых чисел и stroka в виде массива из 256 символов:
Type
Vector=array of integer;
Stroka=array of char;
С помощью индекса массива можно обращаться к отдельным элементам любого массива, как к обычной переменной: можно получать значение этого элемента, отдельно присваивать ему значение, использовать его в выражениях.
Опишем переменные типа vector и stroka:
Вычисление индекса массива Паскаля
Индекс массива в Паскале не обязательно задавать в явном виде. В качестве индекса массива можно использовать переменную или выражение, соответствующее индексному типу. Иначе говоря, индексы можно вычислять.
Этот механизм – весьма мощное средство программирования. Но он порождает распространенную ошибку: результат вычислений может оказаться за пределами интервала допустимых значений индекса, то есть будет произведена попытка обратиться к элементу, которого не существует. Эта типичная ошибка называется «выход за пределы массива».
Пример программы с ошибкой массива ПаскаляProgram primer _ error ;
Type
vector=array of word;
var
n: integer;
a: vector;
begin
n:=45;
a:=25;
end .
Хотя данная программа полностью соответствует синтаксису языка, и транслятор «пропустит» ее, на стадии выполнения произойдет ошибка выхода за пределы массива Паскаля. При n =45 выражение n *2=90, компьютер сделает попытку обратиться к элементу массива a , но такого элемента нет, поскольку описан массив размерностью 80.
Будем считать, что хорошая программа должна выдавать предупреждающее сообщение в случае попытки обращения к несуществующим элементам массива. Не лишним будет проверять возможный выход как за правую, так и за левую границы массива, ведь не исключено, что в результате вычисления значения выражения получится число, находящееся левее границы массива Паскаля.
Из всего этого следует сделать вывод: программисту надо быть очень аккуратным при работе с индексами массива.
Основные действия с массивами Паскаля
Как известно, определение типа данных означает ограничение области допустимых значений, внутреннее представление в ЭВМ, а также набор допустимых операций над данными этого типа. Мы определили тип данных как массив Паскаля. Какие же операции определены над этим типом данных? Единственное действие, которое можно выполнять над массивами целиком, причем только при условии, что массивы однотипны, – это присваивание. Если в программе описаны две переменные одного типа, например,
Var
a , b: array of real ;
то можно переменной a присвоить значение переменной b (a:= b). При этом каждому элементу массива a будет присвоено соответствующее значение из массива b . Все остальные действия над массивами Паскаля производятся поэлементно (это важно!) .
Ввод массива Паскаля
Для того чтобы ввести значения элементов массива, необходимо последовательно изменять значение индекса, начиная с первого до последнего, и вводить соответствующий элемент. Для реализации этих действий удобно использовать цикл с заданным числом повторений, т.е. простой арифметический цикл, где параметром цикла будет выступать переменная – индекс массива Паскаля. Значения элементов могут быть введены с клавиатуры или определены с помощью оператора присваивания.
Пример фрагмента программы ввода массива ПаскаляVar
A: array of integer ;
Begin
For i:=1 to 10 do
Readln (a[i]); { ввод i- го элемента производится с клавиатуры }
Рассмотрим теперь случай, когда массив Паскаля заполняется автоматически случайными числами, для этого будем использовать функцию random (N).
Пример фрагмента программы заполнения массива Паскаля случайными числамиVar
I: byte ; {переменная I вводится как индекс массива}
Begin
For i:=1 to 10 do
A [ i ]:= random (10); { i -му элементу массива присваивается «случайное» целое число в диапазоне от 0 до 10}
Вывод массива Паскаля
Вывод массива в Паскале осуществляется также поэлементно, в цикле, где параметром выступает индекс массива, принимая последовательно все значения от первого до последнего.
Пример фрагмента программы вывода массива ПаскаляVar
A: array of integer;
I: byte ; {переменная I вводится как индекс массива}
Begin
For i:=1 to 10 do
Write (a [ i ]," "); {вывод массива осуществляется в строку, после каждого элемента печатается пробел}
Вывод можно осуществить и в столбик с указанием соответствующего индекса. Но в таком случае нужно учитывать, что при большой размерности массива все элементы могут не поместиться на экране и будет происходить скроллинг, т.е. при заполнении всех строк экрана будет печататься очередной элемент, а верхний смещаться за пределы экрана.
Пример программы вывода массива Паскаля в столбикVar
A: array of integer;
I: byte ; {переменная I вводится как индекс массива}
Begin
For i:=1 to 10 do
Writeln ("a[", i,"]=", a[i]); { вывод элементов массива в столбик }
На экране мы увидим, к примеру, следующие значения:
a =2
a =4
a =1 и т.д.
Пример решения задачи с использованием массивов Паскаля
Задача: даны два n -мерных вектора. Найти сумму этих векторов.
Решение задачи:
- Входными данными в этой задаче будут являться два одномерных массива. Размер этих массивов может быть произвольным, но определенным. Т.е. мы можем описать заведомо большой массив, а в программе определить, сколько элементов реально будет использоваться. Элементы этих массивов могут быть целочисленными. Тогда описание будет выглядеть следующим образом:
var a , b: array of integer ;
- Выходными данными будут элементы результирующего массива, назовем его c . Тип результирующего массива также должен быть целочисленным.
- Кроме трех массивов нам потребуется переменная – параметр цикла и индекс массива, назовем ее i , а также переменная n для определения количества элементов в каждом массиве.
Ход решения задачи:
- определим количество элементов (размерность) массивов, введем значение n ;
- введем массив a ;
- введем массив b ;
- в цикле, перебирая значения индекса i от 1 до n , вычислим последовательно значения элементов массива c по формуле:
c [ i ]= a [ i ]+ b [ i ];
- выведем на экран полученный массив.
Текст программы:
Пример программы суммирования векторовProgram summa;
Var
a, b, c: array of integer;
I, n: byte;
Begin
Write ("введите размерность массивов:");
Readln(n);
For i:=1 to n do
Readln (a[i]); { ввод массива a}
For i:=1 to n do
Readln (b[i]); { ввод массива b}
For i:=1 to n do
C[i]:=a[i]+b[i]; { вычисление суммы массивов }
For i:=1 to n do
write (c[i]," "); { вывод массива с }
end.
Последнее обновление: 17.09.2017
Массив представляет набор однотипных данных. Формальное определение массива выглядит следующим образом:
Тип_переменной название_массива [длина_массива]
После типа переменной идет название массива, а затем в квадратных скобках его размер. Например, определим массив из 4 чисел:
Int numbers;
Данный массив имеет четыре числа, но все эти числа имеют неопределенное значение. Однако мы можем выполнить инициализацию и присвоить этим числам некоторые начальные значения через фигурные скобки:
Int numbers = {1,2,3,4};
Значения в фигурных скобках еще называют инициализаторами. Если инициализаторов меньше, чем элементов в массиве, то инициализаторы используются для первых элементов. Если в инициализаторов больше, чем элементов в массиве, то при компиляции возникнет ошибка:
Int numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
Здесь массив имеет размер 4, однако ему передается 6 значений.
Если размер массива не указан явно, то он выводится из количества инициализаторов:
Int numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
В данном случае в массиве есть 6 элементов.
Свои особенности имеет инициализация символьных массивов. Мы можем передать символьному массиву как набор инициализаторов, так и строку:
Char s1 = {"h", "e", "l", "l", "o"}; char s2 = "world";
Причем во втором случае массив s2 будет иметь не 5 элементов, а 6, поскольку при инициализации строкой в символьный массив автоматически добавляется нулевой символ "\0".
При этом не допускается присвоение одному массиву другого массива:
Int nums1 = {1,2,3,4,5}; int nums2 = nums1; // ошибка nums2 = nums1; // ошибка
После определения массива мы можем обратиться к его отдельным элементам по индексу. Индексы начинаются с нуля, поэтому для обращения к первому элементу необходимо использовать индекс 0. Обратившись к элементу по индексу, мы можем получить его значение, либо изменить его:
#include
Число элементов массива также можно определять через константу:
Const int n = 4; int numbers[n] = {1,2,3,4};
Перебор массивов
Используя циклы, можно пробежаться по всему массиву и через индексы обратиться к его элементам:
#include
Чтобы пройтись по массиву в цикле, вначале надо найти длину массива. Для нахождения длины применяется оператор sizeof . По сути длина массива равна совокупной длине его элементов. Все элементы представляют один и тот же тип и занимают один и тот же размер в памяти. Поэтому с помощью выражения sizeof(numbers) находим длину всего массива в байтах, а с помощью выражения sizeof(numbers) - длину одного элемента в байтах. Разделив два значения, можно получить количество элементов в массиве. А далее с помощью цикла for перебираем все элементы, пока счетчик i не станет равным длине массива. В итоге на консоль будут выведены все элементы массива:
Но также есть и еще одна форма цикла for , которая предназначена специально для работа с коллекциями, в том числе с массивами. Эта форма имеет следующее формальное определение:
For(тип переменная: коллекция) { инструкции; }
Используем эту форму для перебора массива:
#include
При переборе массива каждый перебираемый элемент будет помещаться в переменную number, значение которой в цикле выводится на консоль.
Если нам неизвестен тип объектов в массиве, то мы можем использовать спецификатор auto для определения типа:
For(auto number: numbers) std::cout << number << std::endl;
Многомерные массивы
Кроме одномерных массивов в C++ есть многомерные. Элементы таких массивов сами в свою очередь являются массивами, в которых также элементы могут быть массивами. Например, определим двухмерный массив чисел:
Int numbers;
Такой массив состоит из трех элементов, при этом каждый элемент представляет массив из двух элементов. Инициализируем подобный массив:
Int numbers = { {1, 2}, {4, 5}, {7, 8} };
Вложенные фигурные скобки очерчивают элементы для каждого подмассива. Такой массив еще можно представить в виде таблицы:
| 1 | 2 |
| 4 | 5 |
| 7 | 8 |
Также при инициализации можно опускать фигурные скобки:
Int numbers = { 1, 2, 4, 5, 7, 8 };
Возможна также инициализация не всех элементов, а только некоторых:
Int numbers = { {1, 2}, {}, {7} };
И чтобы обратиться к элементам вложенного массива, потребуется два индекса:
Int numbers = { {1, 2}, {3, 4}, {5, 6} }; std::cout << numbers << std::endl; // 3 numbers = 12; // изменение элемента std::cout << numbers << std::endl; // 12
Переберем двухмерный массив:
#include
Также для перебора элементов многомерного массива можно использовать другую форму цикла for:
#include
Для перебора массивов, которые входят в массив, применяются ссылки. То есть во внешнем цикле for(auto &subnumbers: numbers) &subnumbers представляет ссылку на подмассив в массиве. Во внутреннем цикле for(int number: subnumbers) из каждого подмассива в subnumbers получаем отдельные его элементы в переменную number и выводим ее значение на консоль.
