Массив – это совокупность данных, которая обладает следующими свойствами:
Объявление массива имеет следующий синтаксис:
<спецификация типа> <имя> [<константное выражение>];
<спецификация типа> <имя> [ ];
Здесь квадратные скобки являются элементом синтаксиса, а не признаком необязательности конструкции.
Объявление массива может иметь одну из двух синтаксических форм, указанных выше. Квадратные скобки, следующие за именем, – признак того, что переменная является массивом. Константное выражение, заключенное в квадратные скобки определяет число элементов в массиве. Индексация элементов массива в языке C++ начинается с нуля. Таким образом, последний элемент массива имеет индекс на единицу меньше, чем число элементов массива.
Во второй синтаксической форме константное выражение в квадратных скобках опущено. Эта форма может быть использована, если в объявлении массива присутствует инициализатор, либо массив объявляется как формальный параметр функции, либо данное объявление является ссылкой на объявление массива где-то в другом месте программы. Однако для многомерного массива может быть опущена только первая размерность.
Многомерный массив, или массив массивов, объявляется путем задания последовательности константных выражений в квадратных скобках, следующей за именем:
<спецификация типа> <имя> [<константное выражение>][<константное выражение>] ... ;
Каждое константное выражение определяет количество элементов в данном измерении массива, поэтому объявление двумерного массива содержит два константных выражение, трехмерного – три и т.д.
Массив может состоять из элементов любого типа, кроме типа void и функций, т.е. элементы массива могут иметь базовый, перечислимый, структурный тип, быть объединением, указателем или массивом.
Примеры объявлений массивов
| int x[10]; | // Одномерный массив из 10 целых чисел. Индексы меняются от 0 до 9. |
| double y[2][10]; | // Двумерный массив вещественных чисел из 2 строк и 10 столбцов. |
Как и простые переменные, массивы могут быть инициализированы при объявлении. Инициализатор для объектов составных типов (каким является массив) состоит из списка инициализаторов, разделенных запятыми и заключенных в фигурные скобки. Каждый инициализатор в списке представляет собой либо константу соответствующего типа, либо, в свою очередь, список инициализаторов. Эта конструкция используется для инициализации многомерных массивов.
Наличие списка инициализаторов в объявлении массива позволяет не указывать число элементов по его первой размерности. В этом случае количество элементов в списке инициализаторов и определяет число элементов по первой размерности массива. Тем самым определяется размер памяти, необходимой для хранения массива. Число элементов по остальным размерностям массива, кроме первой, указывать обязательно.
Если в списке инициализаторов меньше элементов, чем в массиве, то оставшиеся элементы неявно инициализируются нулевыми значениями. Если же число инициализаторов больше, чем требуется, то выдается сообщение об ошибке.
Примеры инициализации массивов
| int a[3] = {0, 1, 2}; | // Число инициализаторов равно числу элементов |
| double b[5] = {0.1, 0.2, 0.3}; | // Число инициализаторов меньше числа элементов |
| int c[ ] = {1, 2, 4, 8, 16}; | // Число элементов массива определяется по числу инициализаторов |
| int d[2][3] = {{0, 1, 2}, {3, 4, 5}}; |
// Инициализация двумерного массива. Массив состоит из двух строк, // в каждой из которых по 3 элемента. Элементы первой строки // получают значения 0, 1 и 2, а второй – значения 3, 4 и 5. |
| int e[3] = {0, 1, 2, 3}; | // Ошибка – число инициализаторов больше числа элементов |
Обратите внимание, что не существует присваивания массиву, соответствующего описанному выше способу инициализации.
| int a[3] = {0, 1, 2}; | // Объявление и инициализация |
| a = {0, 1, 2}; | // Ошибка |
Для доступа к конкретному элементу массива используются так называемые индексные выражения:
<имя массива>[<целочисленное выражение>]
Здесь квадратные скобки являются требованием синтаксисам языка, а не признаком необязательности конструкции.
Индекс массива может быть не только константой, но и выражением, которое имеет целочисленный тип, например, a[i + 1] (здесь a должно быть именем ранее объявленного массива, а i – переменной целого типа).
Объявление массива и индексное выражение, используемое для доступа к элементу массива, имеют схожий синтаксис. Различаются они по месту в программе. Это особенно важно, когда мы определяем индекс последнего элемента массива. Как было сказано ранее, индексы элементов массива в языке C начинаются с 0, и номер последнего элемента на 1 меньше количества элементов массива. Поэтому если Вы объявили массив x из 10 элементов, Вы не можете написать индексное выражение x[10], т.к. в этом случае Вы пытаетесь обратиться к элементу с индексом 10, которого нет в Вашем массиве. Компилятор не выдаст сообщения об ошибке, но результаты работы такой программы будут непредсказуемы.
Имя массива является адресом его начала! Оно имеет тип константный указатель на <тип элементов массива>. Конструкция a[i] эквивалентна *(a + i) (см. лекцию 5).
Для многомерного массива надо указать соответствующее количество индексов в квадратных скобках.
Для обработки элементов массива обычно используется оператор пошагового цикла for.
| for (i = 0; | // Присваиваем счетчику цикла значение индекса первого элемента |
| i < n; | // Условие продолжения цикла – пока значение счетчика меньше количества элементов массива |
| i++) | // Увеличиваем счетчик цикла на 1 для перехода к следующему элементу массива |
| <тело цикла> | // В теле цикла происходит обработка одного элемента массива |
Для обработки многомерного массива используется соответствующее количество циклов.
Массивы не самодостаточны в том смысле, что не гарантируется хранение информации о количестве элементов вместе с самим массивом. В большинстве реализаций С++ отсутствует проверка диапазона индексов для массивов. Таков традиционный низкоуровневый подход к массивам. Более совершенное понятие массива можно реализовать при помощи классов.
В С++ массивы тесно связаны с указателями. Имя массива можно использовать в качестве указателя на его первый элемент. Гарантируется осмысленность значения указателя на элемент, следующий за последним элементом массива. Это важно для многих алгоритмов. Но ввиду того, что такой указатель на самом деле не указывает ни на какой элемент массива, его нельзя использовать ни для чтения, ни для записи. Результат получения адреса элемента массива, предшествующего первому, не определён, и такой операции следует избегать.
Неявное преобразование имени массива в указатель на его первый элемент широко используется в вызовах функций.
| int f(..., int x[], ...) { ... } int f(..., int *x, ...) { ... } void main() { int a[10]; ... | // Можно использовать любой из двух вариантов |
| f(..., a, ...); ... } | // Передаём в функцию f указатель на массив a |
Неявное преобразование массива в указатель при вызове функции приводит к потере информации о размере массива. Вызываемая функция должна каким-либо образом определить этот размер, чтобы выполнять осмысленные действия.
При объявлении многомерного массива как параметра функции можно опустить только первую размерность.
| int g(..., int x[][10], ...) { ... } | // Вторая и последующие размерности обязательны |
Это ограничение при желании можно обойти. Правда, при этом возникают другие проблемы (см. пример 3 в конце лекции).
В языке C нет возможности вводить и выводить весь массив одним оператором ввода/вывода. Можно вводить и выводить только один элемент массива. Следовательно, для того чтобы ввести весь массив, надо использовать цикл.
| int a[10], n; printf("Введите количество элементов массива (от 0 до 9): "); | // Объявляем массив и переменную для количества элементов массива |
| scanf("%d", &n); | // Ввод количества элементов массива |
| if (n < 0 || n > 9) { printf("Количество элементов массива должно быть от 0 до 9!\n"); return; } | // Если входные данные неверны, // то печатаем соответствующее сообщение и выходим из программы |
| for (i = 0; i < n; i++) | // Ввод массива по одному элементу |
| scanf("%d", &a[i]); | // Можно использовать scanf("%d", a + i) |
Вывод также осуществляется в цикле.
| for (i = 0; i < n; i++) printf("a[%d] = %3d\n", i + 1, a[i]); |
В результате на экране мы увидим примерно следующий текст:
a[1] = 4
a[2] = 15
a[3] = -2
...
Даны три массива разной размерности. Определить в каком массиве больше сумма элементов.
3.4. Пример 1. Обработка одномерного массива
#include <cstdio>
#include <locale.h>
const int nmax = 100;
int ArrayInput(int *n, double x[], char *fname); // Функция ввода массива из файла
double Sum(double x[], int n); // Функция поиска суммы элементов массива
void main(int argc, char *argv[])
{ double a[nmax], b[nmax], c[nmax];
double sa, sb, sc, max;
int na, nb, nc;
setlocale(LC_ALL, "rus"); // Меняем кодировку для консольного приложения
if (argc < 4)
{ printf("Недостаточно параметров!\n");
return;
}
if (!ArrayInput(&na, a, argv[1]))
return;
if (!ArrayInput(&nb, b, argv[2]))
return;
if (!ArrayInput(&nc, c, argv[3]))
return;
sa = Sum(a, na);
sb = Sum(b, nb);
sc = Sum(c, nc);
max = sa;
if (sb > max) max = sb;
if (sc > max) max = sc;
if (sa == max)
printf("Массив А имеет максимальную сумму элементов: %9.3lf\n", max);
if (sb == max)
printf("Массив B имеет максимальную сумму элементов: %9.3lf\n", max);
if (sc == max)
printf("Массив C имеет максимальную сумму элементов: %9.3lf\n", max);
}
double Sum(double x[], int n)
{ double s = 0;
for (int i = 0; i < n; i++)
s += x[i];
return s;
}
int ArrayInput(int *n, double x[], char *fname)
{ FILE *file;
if ((file = fopen(fname, "r")) == NULL)
{ printf("Невозможно открыть файл '%s'\n", fname);
return 0;
}
if (fscanf(file, "%d", n) < 1)
{ printf ("Ошибка чтения из файла '%s'\n", fname);
fclose(file);
return 0;
}
if (*n < 0 || *n > nmax)
{ printf("Кол-во эл-тов массива должно быть от 1 до %d! (файл '%s')\n", nmax, fname);
return 0;
}
for (int i = 0; i < *n; i++)
if (fscanf(file, "%lf", &x[i]) < 1)
{ printf ("Ошибка чтения из файла '%s'\n", fname);
fclose(file);
return 0;
}
fclose(file);
return 1;
}
Для каждой строки матрицы проверить наличие нулевых элементов.
#include <cstdio>
#include <locale.h>
const int nmax = 100;
void Zeros(double x[][nmax], int m, int n, int z[]); // Функция Zeros формирует одномерный массив,
// i-ый элемент которого равен 1,
// если в i-ой строке есть нулевые элементы, и 0 в противном случае
void main(int argc, char *argv[])
{ double a[nmax][nmax];
int m, n, z[nmax];
FILE *file;
setlocale(LC_ALL, "rus");
if (argc < 2)
{ printf("Недостаточно параметров!\n");
return;
}
if ((file = fopen(argv[1], "r")) == NULL)
{ printf("Невозможно открыть файл '%s'\n", argv[1]);
return;
}
if (fscanf(file, "%d%d", &m, &n) < 2)
{ printf ("Ошибка чтения из файла '%s'\n", argv[1]);
fclose(file);
return;
}
if (m < 0 || m > nmax || n < 0 || n > nmax)
{ printf("Количество строк и столбцов матрицы должны быть от 1 до %d!\n", nmax);
return;
}
for (int i = 0; i < m; i++)
for (int j = 0; j < n; j++)
if (fscanf(file, "%lf", &a[i][j]) < 1)
{ printf ("Ошибка чтения из файла '%s'\n", argv[1]);
fclose(file);
return 0;
}
fclose(file);
Zeros(a, m, n, z);
for (int i = 0; i < m; i++)
if (z[i])
printf("В %3d строке есть нулевые элементы\n", i + 1);
}
void Zeros(double x[][nmax], int m, int n, int z[])
{ int i, j;
for (i = 0; i < m; i++)
for(z[i] = 0, j = 0; j < n; j++)
if (x[i][j] == 0)
{ z[i] = 1; break; }
}
#include <cstdio>
#include <locale.h>
const int nmax = 100;
int Zeros(double x[], int n); // Функция Zeros обрабатывает одну строку матрицы и возвращает 1,
// если в строке есть нулевые элементы, и 0 в противном случае
void main(int argc, char *argv[])
{ double a[nmax][nmax];
int m, n;
... // Ввод матрицы (как в первом варианте)
for (int i = 0; i < m; i++) // Конструкция a[i] (а является двумерным массивом)
if (Zeros(a[i], n)) // позволяет передать в функцию одну строку двумерного массива
printf("В %3d строке есть нулевые элементы\n", i + 1);
}
int Zeros(double x[], int n)
{ for (int j = 0; j < n; j++)
if (x[j] == 0)
return 1;
return 0;
}
Даны две матрицы разного размера. Функция Sum находит сумму элементов матрицы, не зависимо от того, что матрицы имеют разное количество столбцов. Обратите внимание, что функция будет выдавать корректный результат, только если используются все объявленные элементы матриц.
#include <cstdio>
#include <locale.h>
double Sum(double *x, int m, int n);
void main(int argc, char *argv[])
{ const int na = 4, mb = 3, nb = 5;
double a[na][na], b[mb][nb];
double sa, sb;
FILE *file;
setlocale(LC_ALL, "rus");
if (argc < 3)
{ printf("Недостаточно параметров!\n");
return;
}
if ((file = fopen(argv[1], "r")) == NULL)
{ printf("Невозможно открыть файл '%s'\n", argv[1]);
return;
}
for (int i = 0; i < na; i++)
for (int j = 0; j < na; j++)
if (fscanf(file, "%lf", &a[i][j]) < 1)
{ printf ("Ошибка чтения из файла '%s'\n", argv[1]);
fclose(file);
return;
}
fclose(file);
if ((file = fopen(argv[2], "r")) == NULL)
{ printf("Невозможно открыть файл '%s'\n", argv[2]);
return;
}
for (int i = 0; i < mb; i++)
for (int j = 0; j < nb; j++)
if (fscanf(file, "%lf", &b[i][j]) < 1)
{ printf ("Ошибка чтения из файла '%s'\n", argv[2]);
fclose(file);
return;
}
fclose(file);
sa = Sum(a[0], na, na); // a[0] - указатель на первую строку матрицы
// (и, соответственно, на начало всей матрицы).
sb = Sum(reinterpret_cast<double *>(b), mb, nb); // Преобразование без проверки с помощью reinterpret_cast.
// Просто b нельзя написать - это вызовет сообщение
// о невозможности преобразовать матрицу в указатель.
printf("SumA = %6.2lf\nSumB = %6.2lf\n", sa, sb);
}
double Sum(double *x, int m, int n)
{ double s = 0;
for (int i = 0; i < m; i++)
for (int j = 0; j < n; j++)
s += x[i * n + j];
return s;
}