При использовании простых переменных каждой области памяти для хранения данных соответствует свое имя. Если с группой величин одинакового типа требуется выполнять однообразные действия, им дают одно имя, а различают по порядковому номеру. Это позволяет компактно записывать множество операций с помощью циклов. Конечная именованная последовательность однотипных величин называется массивом. Описание массива в программе отличается от описания простой переменной наличием после имени квадратных скобок, в которых задается количество элементов массива (размерность):
float a [10]; // описание массива из 10 вещественных чисел
ВНИМАНИЕ
При описании массивов квадратные скобки являются элементом синтаксиса, а не указанием на необязательность конструкции.
Элементы массива нумеруются с нуля. При описании массива используются те же модификаторы (класс памяти, const и инициализатор), что и для простых переменных. Инициализирующие значения для массивов записываются в фигурных скобках. Значения элементам присваиваются по порядку. Если элементов в массиве больше, чем инициализаторов, элементы, для которых значения не указаны, обнуляются:
Размерность массива вместе с типом его элементов определяет объем памяти, необходимый для размещения массива, которое выполняется на этапе компиляции, поэтому размерность может быть задана только целой положительной константой или константным выражением. Если при описании массива не указана размерность, должен присутствовать инициализатор, в этом случае компилятор выделит память по количеству инициализирующих значений. В дальнейшем мы увидим, что размерность может быть опущена также в списке формальных параметров (см. раздел «Параметры функции», с. 77).
Для доступа к элементу массива после его имени указывается номер элемента (индекс) в квадратных скобках. В следующем примере подсчитывается сумма элементов массива.
#include <iostream.h>
int main(){
const int n = 10;
int i, sum;
int marks[n] = {3, 4, 5, 4, 4};
for (i = 0, sum = 0; i<n; i++) sum += marks[i];
cout << "Сумма элементов: " << sum;
return 0;
}
Размерность массивов предпочтительнее задавать с помощью именованных констант, как это сделано в примере, поскольку при таком подходе для ее изменения достаточно скорректировать значение константы всего лишь в одном месте программы. Обратите внимание, что последний элемент массива имеет номер, на единицу меньший заданной при его описании размерности.
ВНИМАНИЕ
При обращении к элементам массива автоматический контроль выхода индекса за границу массива не производится, что может привести к ошибкам.
Пример. Сортировка целочисленного массива методом выбора. Алгоритм состоит в том, что выбирается наименьший элемент массива и меняется местами с первым элементом, затем рассматриваются элементы, начиная со второго, и наименьший из них меняется местами со вторым элементом, и так далее n-1 раз (при последнем проходе цикла при необходимости меняются местами предпоследний и последний элементы массива).
#include <iostream.h>
int main(){
const int n = 20; // количество элементов массива
int b[n]; // описание массива
int i;
for (i = 0; i<n; i++) cin >> b[i]; // ввод массива
for (i = 0; i<n-l; i++){ // n-1 раз ищем наименьший элемент
// принимаем за наименьший первый из рассматриваемых элементов:
int imin = i;
// поиск номера минимального элемента из неупорядоченных:
for (int j = i + 1; j<n; j++)
// если нашли меньший элемент, запоминаем его номер:
if (b[j] < b[imin]) imin = j;
int a = b[i]; // обмен элементов
b[i] = b[imin]; // с номерами
b[imin] = a; // i и imin
}
// вывод упорядоченного массива:
for (i = 0; i<n; i++) cout << b[i] << ' ';
return 0;
}
Процесс обмена элементов массива с номерами i и imin через буферную переменную а на i-м проходе цикла проиллюстрирован на рис. 1.9. Цифры около стрелок обозначают порядок действий.
Идентификатор массива является константным указателем на его нулевой элемент. Например, для массива из предыдущего листинга имя b – это то же самое, что &b[0], а к i-му элементу массива можно обратиться, используя выражение *(b+i). Можно описать указатель, присвоить ему адрес начала массива и работать с массивом через указатель. Следующий фрагмент программы копирует все элементы массива а в массив b:
int а[100], b[100];
int *pa = a; // или int *p = &a[0];
int *pb = b;
for (int i = 0; i<100; i++)
*pb++ = *pa++; // или pb[i] = pa[i];
Динамические массивысоздают с помощью операции new, при этом необходимо указать тип и размерность, например:
int n = 100;
float *р = new float [n];
В этой строке создается переменная-указатель на float, в динамической памяти отводится непрерывная область, достаточная для размещения 100 элементов вещественного типа, и адрес ее начала записывается в указатель р. Динамические массивы нельзя при создании инициализировать, и они не обнуляются.
Преимущество динамических массивов состоит в том, что размерность может быть переменной, то есть объем памяти, выделяемой под массив, определяется на этапе выполнения программы. Доступ к элементам динамического массива осуществляется точно так же, как к статическим, например, к элементу номер 5 приведенного выше массива можно обратиться как р[5] или *(р+5).
Альтернативный способ создания динамического массива — использование функции mallос библиотеки С:
int n = 100;
float *q = (float *) malloc (n * sizeof(float));
Операция преобразования типа, записанная перед обращением к функции malloc, требуется потому, что функция возвращает значение указателя типа void*, а инициализируется указатель на float.
Память, зарезервированная под динамический массив с помощью new[], должна освобождаться оператором delete[], а память, выделенная функцией mallос — посредством функции free, например:
delete []p; free (q);
При несоответствии способов выделения и освобождения памяти результат не определен. Размерность массива в операции delete не указывается, но квадратные скобки обязательны.
Многомерные массивызадаются указанием каждого измерения в квадратных скобках, например, оператор
int matr [6][8];
задает описание двумерного массива из 6 строк и 8 столбцов. В памяти такой массив располагается в последовательных ячейках построчно. Многомерные массивы размещаются так, что при переходе к следующему элементу быстрее всего изменяется последний индекс. Для доступа к элементу многомерного массива указываются все его индексы, например, matr[i][j], или более экзотическим способом: *(matr[i]+j) или *(*(matr+i)+j). Это возможно, поскольку matr[i]является адресом начала i-й строки массива.
При инициализации многомерного массива он представляется либо как массив из массивов, при этом каждый массив заключается в свои фигурные скобки (в этом случае левую размерность при описании можно не указывать), либо задается общий список элементов в том порядке, в котором элементы располагаются в памяти:
