При решении задач с большим количеством данных одинакового типа использование переменных с различными именами, не упорядоченных по адресам памяти, затрудняет программирование. В подобных случаях в языке Си используют объекты, называемые массивами.
— это непрерывный участок памяти, содержащий последовательность объектов одинакового типа, обозначаемый одним именем.
Массив характеризуется следующими основными понятиями:
Элемент массива (значение элемента массива)
– значение, хранящееся в определенной ячейке памяти, расположенной в пределах массива, а также адрес этой ячейки памяти.
Каждый элемент массива характеризуется тремя величинами:
Адрес массива – адрес начального элемента массива.
Имя массива – идентификатор, используемый для обращения к элементам массива.
Размер массива – количество элементов массива
Размер элемента – количество байт, занимаемых одним элементом массива.
Графически расположение массива в памяти компьютера можно представить в виде непрерывной ленты адресов.
Представленный на рисунке массив содержит q элементов с индексами от 0 до q-1 . Каждый элемент занимает в памяти компьютера k байт, причем расположение элементов в памяти последовательное.
Адреса i -го элемента массива имеет значение
Адрес массива представляет собой адрес начального (нулевого) элемента массива. Для обращения к элементам массива используется порядковый номер (индекс) элемента, начальное значение которого равно 0 . Так, если массив содержит q элементов, то индексы элементов массива меняются в пределах от 0 до q-1 .
Длина массива – количество байт, отводимое в памяти для хранения всех элементов массива.
ДлинаМассива = РазмерЭлемента * КоличествоЭлементов
Для определения размера элемента массива может использоваться функция
int
sizeof
(тип);
Например,
sizeof
(char
) = 1;
sizeof
(int
) = 4;
sizeof
(float
) = 4;
sizeof
(double
) = 8;
Для объявления массива в языке Си используется следующий синтаксис:
тип имя[размерность]={инициализация};
Инициализация
представляет собой набор начальных значений элементов массива, указанных в фигурных скобках, и разделенных запятыми.
int
a = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; // массив a из 10 целых чисел
Если количество инициализирующих значений, указанных в фигурных скобках, меньше, чем количество элементов массива, указанное в квадратных скобках, то все оставшиеся элементы в массиве (для которых не хватило инициализирующих значений) будут равны нулю. Это свойство удобно использовать для задания нулевых значений всем элементам массива.
int
b = {0}; // массив b из 10 элементов, инициализированных 0
Если массив проинициализирован при объявлении, то константные начальные значения его элементов указываются через запятую в фигурных скобках. В этом случае количество элементов в квадратных скобках может быть опущено.
int
a = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
При обращении к элементам массива индекс требуемого элемента указывается в квадратных скобках .
Пример на Си
1
2
3
4
5
6
7
8
#include
int
main()
{
int
a = { 5, 4, 3, 2, 1 }; // массив a содержит 5 элементов
printf("%d %d %d %d %d\n"
, a, a, a, a, a);
getchar();
return
0;
}
Результат выполнения программы:
Однако часто требуется задавать значения элементов массива в процессе выполнения программы. При этом используется объявление массива без инициализации. В таком случае указание количества элементов в квадратных скобках обязательно.
int
a;
Для задания начальных значений элементов массива очень часто используется параметрический цикл:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
#include
int
main()
{
int
a;
int
i;
// Ввод элементов массива
for
(i = 0; i<5; i++)
{
printf("a[%d] = "
, i);
scanf("%d"
, &a[i]);
}
// Вывод элементов массива
for
(i = 0; i<5; i++)
printf("%d "
, a[i]); // пробел в формате печати обязателен
getchar(); getchar();
return
0;
}
Результат выполнения программы
В языке Си могут быть также объявлены многомерные массивы. Отличие многомерного массива от одномерного состоит в том, что в одномерном массиве положение элемента определяется одним индексом, а в многомерном - несколькими. Примером многомерного массива является матрица.
Общая форма объявления многомерного массива
тип имя[размерность1][размерность2]...[размерностьm];
Элементы многомерного массива располагаются в последовательных ячейках оперативной памяти по возрастанию адресов. В памяти компьютера элементы многомерного массива располагаются подряд, например массив, имеющий 2 строки и 3 столбца,
int
a;
Общее количество элементов в приведенном двумерном массиве определится как
КоличествоСтрок * КоличествоСтолбцов = 2 * 3 = 6.
Количество байт памяти, требуемых для размещения массива, определится как
КоличествоЭлементов * РазмерЭлемента = 6 * 4 = 24 байта.
Значения элементов многомерного массива, как и в одномерном случае, могут быть заданы константными значениями при объявлении, заключенными в фигурные скобки {} . Однако в этом случае указание количества элементов в строках и столбцах должно быть обязательно указано в квадратных скобках .
Пример на Си
1
2
3
4
5
6
7
8
9
#include
int
main()
{
int
a = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
printf("%d %d %d\n"
, a, a, a);
getchar();
return
0;
}
Однако чаще требуется вводить значения элементов многомерного массива в процессе выполнения программы. С этой целью удобно использовать вложенный параметрический цикл .
Пример на Си
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
#define
_CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
int
main()
{
int
a; // массив из 2 строк и 3 столбцов
int
i, j;
// Ввод элементов массива
for
(i = 0; i<2; i++) // цикл по строкам
{
for
(j = 0; j<3; j++) // цикл по столбцам
{
printf("a[%d][%d] = "
, i, j);
scanf("%d"
, &a[i][j]);
}
}
// Вывод элементов массива
for
(i = 0; i<2; i++) // цикл по строкам
{
for
(j = 0; j<3; j++) // цикл по столбцам
{
printf("%d "
, a[i][j]);
}
printf("\n"
); // перевод на новую строку
}
getchar(); getchar();
return
0;
}
Обработку массивов удобно организовывать с помощью специальных функций. Для обработки массива в качестве аргументов функции необходимо передать
Исключение составляют функции обработки строк, в которые достаточно передать только адрес.
При передаче переменные в качестве аргументов функции данные передаются как копии. Это означает, что если внутри функции произойдет изменение значения параметра, то это никак не повлияет на его значение внутри вызывающей функции.
Если в функцию передается адрес переменной (или адрес массива), то все операции, выполняемые в функции с данными, находящимися в пределах видимости указанного адреса, производятся над оригиналом данных, поэтому исходный массив (или значение переменной) может быть изменено вызываемой функцией.
Пример на Си
Дан массив из 10 элементов. Поменять местами наибольший и начальный элементы массива. Для операций поиска максимального элемента и обмена использовать функцию.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
#define
_CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
// Функция обмена
void
change(int
*x, int
n)
{
// x - указатель на массив (адрес массива)
// n - размер массива
int
i;
int
max, index;
max = x;
index = 0;
// Поиск максимального элемента
for
(i = 1; i
if
(x[i]>max)
{
max = x[i];
index = i;
}
}
// Обмен
x = x;
x = max;
}
// Главная функция
int
main()
{
int
a;
int
i;
for
(i = 0; i<10; i++)
{
printf("a[%d] = "
, i);
scanf("%d"
, &a[i]);
}
change(a, 10); // вызов функции обмена
// Вывод элементов массива
for
(i = 0; i<10; i++)
printf("%d "
, a[i]);
getchar();
getchar();
return
p = p * x[i];
}
return
p;
}
// Главная функция
int
main()
{
int
a; // объявлен массив a из 5 элементов
int
i;
int
pr;
// Ввод элементов массива
for
(i = 0; i<5; i++)
{
printf("a[%d] = "
, i);
scanf("%d"
, &a[i]); // &a[i] - адрес i-го элемента массива
}
pr = func(a, 5); // вычисление произведения
printf("\n pr = %d"
, pr); // вывод произведения четных элементов
getchar(); getchar();
return
0;
}
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).
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
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.
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,
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
Продолжаем изучение основ C++. В этой статье мы рассмотрим массивы.
Массивы позволяют в удобном формате хранить большое количество данных. По сути, массив — это переменная, которая хранит множество значений под одним именем, но каждому значению присвоен свой индекс. — это список значений, для получения доступа к которым используются индексы.
Визуализировать массив можно следующим образом:
Это набор некоторых значений, которые хранятся друг за другом, под одним именем. Для получения этих значений вам не придется создавать новых переменных, нужно только указать индекс под которым хранится значение в массиве. Например, вам необходимо раздать набор из пяти игральных карт для покера, вы можете хранить эти карты в массиве и для выбора новой карты изменять только номер индекса, вместо использования новой переменной. Это позволит использовать один и тот же код для инициализации всех карт и перейти от такой записи:
Card1 = getRandomCard(); Card2 = getRandomCard(); Card3 = getRandomCard(); Card4 = getRandomCard(); Card5 = getRandomCard();
For (int i = 0; i < 5; i++) { card[i] = getRandomCard(); }
А теперь представьте разницу, если переменных 100!
Для объявления массива необходимо указать две вещи (помимо имени): тип и размер массива:
Int my_array[ 6 ];
Данная строка объявляет массив из шести целочисленных значений. Обратите внимание, что размер массива заключен в квадратные скобки после имени массива.
Для доступа к элементам массива используются квадратные скобки, но на этот раз вы указываете индекс элемента, который хотите получить:
My_array[ 3 ];
Визуализировать данный процесс можно так:
my_array ссылается на весь массив целиком, в то время как my_array только на первый элемент, my_array — на четвертый. Обратите внимание, что индексация элементов в массиве начинается с 0. Таким образом Обращение к элементам массива всегда будет происходить со смещением, например:
Int my_array[ 4 ]; // объявление массива my_array[ 2 ] = 2; // установить значение третьего (именно третьего!) равным 2
Массивы могут также использоваться для представления многомерных данных, например, таких, как шахматная доска или поле для игры в крестики нолики. При использовании многомерных данных для доступа к элементам массива будут использоваться несколько индексов.
Для объявления двумерного массива необходимо указать размерность двух измерений:
Int tic_tac_toe_board;
Визуализация массива с индексами его элементов:
Для доступа к элементам такого массива потребуется два индекса — один для строки второй для столбца. На изображении показаны нужные индексы для доступа к каждому из элементов.
При использовании массивов вам не обойтись без . Для того, чтобы пробежать по циклу вы просто инициализируете нулевую переменную и увеличиваете её, пока она не превысит размеры массива — шаблон как раз подходящий для цикла.
Следующая программа демонстрирует использование цикла для создания таблицы умножения и хранения результата в двумерном массиве:
#include
Как видите, разные элементы языка C++ взаимодействуют друг с другом. Как и с циклами, массивы можно использовать вместе с .
Чтобы передать массив в функцию достаточно просто указать его имя:
Int values[ 10 ]; sum_array(values);
А при объявлении функции указать массив в качестве аргумента:
Int sum_array (int values);
Обратите внимание, что мы не указываем размерность массива в аргументах функции, это нормально, для одномерных массивов указывать размерность не нужно. Размер необходимо указывать при объявлении массивов , т.к. компилятору надо знать сколько выделить памяти. При передаче в функцию, мы просто передаем существующий массив, нет необходимости указывать размер, т.к. мы не создаем новый. Т.к. мы передаем массив функцию, внутри функции мы может его изменить , в отличие от простых переменных, которые передаются по значению и изменение этого значения внутри функции никак не повлияет на оригинальную переменную.
Так как внутри функции мы не знаем размер массива, необходимо передать размерность в качестве второго аргумента:
Int sumArray(int values, int size) { int sum = 0; for (int i = 0; i < size; i++) { sum += values[ i ]; } return sum; }
Когда мы передаем многомерные массивы, надо указывать все размерности, за исключением первой:
Int check_tic_tac_toe (int board);
Вы, конечно, можете указать первую размерность, но она будет проигнорирована.
Подробнее эта тема будет раскрыта в статье про указатели.
А пока напишем функцию, которая вычисляет сумму элементов массива:
#include
Решим задачу сортировки массива из 100 чисел, которые ввел пользователь:
#include
Готово, осталось только отсортировать этот массив 🙂 Как обычно люди сортируют массивы? Они ищут самый маленький элемент в нем и ставят его в начало списка. Затем они ищут следующее минимальное значение и ставят его сразу после первого и т.д.
Все это дело выглядит как цикл: пробегаем по массиву, начиная с первого элемента и ищем минимальное значение в оставшейся части, и меняем местами эти элементы. Начнем с написания кода для выполнения этих операций:
Void sort(int array, int size) { for (int i = 0; i < size; i++) { int index = findSmallestRemainingElement(array, size, i); swap(array, i, index); } }
Теперь можно подумать о реализации двух вспомогательных методов findSmallestRemainingElement и swap. Метод findSmallestRemainingElement должен пробегать по массиву и находить минимальный элемент, начиная с индекса i:
Int findSmallestRemainingElement(int array, int size, int index) { int index_of_smallest_value = index; for (int i = index + 1; i < size; i++) { if (array[ i ] < array[ index_of_smallest_value ]) { index_of_smallest_value = I; } } return index_of_smallest_value; }
Наконец, нам надо реализовать функцию swap. Так как функция изменит оригинальный массив, нам просто надо поменять значения местами, используя временную переменную:
Void swap(int array, int first_index, int second_index) { int temp = array[ first_index ]; array[ first_index ] = array[ second_index ]; array[ second_index ] = temp; }
Для проверки алгоритма заполним массив случайными числами и отсортируем. Весь код программы:
#include
Алгоритм сортировки, который мы только что рассмотрели, называется сортировкой методом вставки , это не самый быстрый алгоритм, но зато его легко понять и реализовать. Если вам придется сортировать большие объемы данных, то лучше использовать более сложные и более быстрые алгоритмы.
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.
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).
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:
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.
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};
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;
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.
