Массивы: одномерные массивы

Цель лекции: изучить понятия, особенности внутреннего представления, способов генерации и вывода одномерных массивов, научиться выполнять объявление, инициализацию, генерацию и вывод массивов при решении задач на языке C++.

В программировании часто возникают задачи, связанные с обработкой больших объемов данных. Для того, чтобы весь этот объем данных хранить внутри программы, применяют массивы – простейшую разновидность структурированных типов данных.

Массив – именованная последовательность областей памяти, хранящих однотипные элементы ( рис. 10.1). Каждая такая область памяти называется элементом массива. Массивы обладают размерностью (большей или равной единице), которой задается число элементов, содержащихся в них, а также измерением, что предполагает возможность описания в программе одно- и многомерных массивов. Количество элементов в массиве называется его размером.

Рис. 10.1. Схематическое представление массивов

Простейшим аналогом двумерного массива может быть таблица, а трехмерного – несколько таблиц одинакового размера. Математические объекты типа вектор и матрица – примеры аналогов (соответственно одно- и двумерных) массивов.

Тип элемента массива может быть одним из базовых (скалярных), типом другого массива, типом указателя, типом структуры или объединения.

Элементы массива в С++ нумеруется, начиная с нуля. У одномерных массивов после его имени указывается один индекс (порядковый номер), заключенный в прямоугольные скобки [ ], а у многомерных – несколько, каждый из которых заключается в [ ]. Последнее означает, что многомерный массив создается путем определения массива из элементов типа массив.

Все элементы массива имеют одно имя – имя массива и отличаются индексами – порядковыми номерами в массиве. В определении массива можно задать его размерность по каждому измерению. Допустимо явное задание массива либо с помощью указателя (объекта, хранящего адрес начала области набора значений). Резервирование памяти для массива выполняется на этапе компиляции программы.

При объявлении массива компилятор выделяет для него последовательность ячеек памяти, для обращения к которым в программе применяется одно и то же имя. В то же время массив позволяет получить прямой доступ к своим отдельным элементам.

Объявление одномерных массивов

Синтаксис определения массива без дополнительных спецификаторов и модификаторов имеет два формата:

Тип ИмяМассива[ВыражениеТипаКонстанты];

или

Тип ИмяМассива[];

ИмяМассива – идентификатор массива.

Тип – тип элементов объявляемого массива. Элементами массива не могут быть функции, файлы и элементы типа void.

ВыражениеТипаКонстанты – задает количество элементов (размерность) массива. Выражение константного типа вычисляется на этапе компиляции. Данное константное выражение может быть опущено в случаях если:

• при объявлении массив инициализируется;
• массив объявлен как формальный параметр функции;
• массив объявлен как ссылка на массив, явно определенный в другом файле.

Например:

1. int a[100]; //массив из 100 элементов целого типа
2. double d[14]; // массив из 14 элементов типа double
3. char s[]="Программирование"; //символьный массив

4. const int t=5, k=8;
   float wer[2*t+k]; 
   //массив из 2*t+k элементов вещественного типа

5. int sample[853]; 
   /*массив из элементов sample[0], sample[1], 
     sample[2],...,sample[852] типа int*/

   равносильно объявлению

   const int N_max=853;
   int sample[N_max];

   равносильно объявлению

   #define N_max 853
   ...
   int sample[N_max];

В языке С++ не производится проверки границ массивов: таким образом, исполнение кода не остановится при выходе за границы массива. Если переполнение массива происходит во время выполнения оператора присваивания, то лишние значения могут присвоиться другим переменным или включиться в текст программы. С другой стороны, можно объявить массив размером N и указать индекс элемента, выходящий за пределы N, что не приведет к появлению сообщений об ошибке, как на шаге компиляции, так и на шаге выполнения, даже если это послужит причиной аварийного завершения программы.

Инициализация одномерных массивов

Термином "инициализация" обозначают возможность задать начальные значения элементов массива без программирования соответствующих действий. Например, не прибегая к программным средствам типа присваивания значений в цикле или считывания данных из внешнего источника (файл, клавиатура, блок данных).

В С++ одновременно с объявлением массива можно задать начальные значения всех элементов массива или только нескольких первых его компонент.

Например:

float t[5]={1.0, 4.3, 8.1, 3.0, 6.74};
char b[7]={'П','р','и','в','е','т'};
/*в данных примерах длину массива компилятор вычисляет по 
количеству начальных значений, перечисленных в фигурных 
скобках*/
int d[10]={1, 2, 3};
char a[10]="Привет";
/*в данных примерах определяется значение только заданных 
переменных d[0],d[1],d[2] и a[0],a[1],...,d[9], остальные 
элементы не инициализируются*/

Если в определении массива явно указан его размер, то количество начальных значений не может быть больше количества элементов в массиве.

Пусть необходимо проинициализировать массивы для создания таблицы сообщений об ошибках:

char e1[12] = "read error\n";
char e2[13] = "write error\n";
char e3[18] = "cannot open file\n";

Компилятор С++ сам сформирует нужное значение по количеству инициализирующих данных. В нашем случае под массив e2 будет отведено 13 байтов, включая последний байт с нулевым кодом, завершающий каждую строку. Оператор

printf("%s имеет длину, равную %d\n",e2,sizeof (e2));

выведет на экран

write error
имеет длину, равную 13

Метод инициализации безразмерных массивов не только менее трудоемок, но и позволяет заменить любое сообщение, без перерасчета размера соответствующего массива.