Массив что это в программировании
Массив (программирование)
Индексный массив (в некоторых языках программирования также таблица, ряд) — именованный набор однотипных переменных, расположенных в памяти непосредственно друг за другом (в отличие от списка), доступ к которым осуществляется по индексу.
Индекс массива — целое число, либо значение типа, приводимого к целому, указывающее на конкретный элемент массива.
В ряде скриптовых языков, например PHP, ассоциативные массивы, в которых переменные не обязаны быть однотипными, и доступ к ним не обязательно осуществляется по индексу.
Содержание
Общее описание
Массив — Упорядоченный набор данных, для хранения данных одного типа, идентифицируемых с помощью одного или нескольких индексов. В простейшем случае массив имеет постоянную длину и хранит единицы данных одного и того же типа.
Количество используемых индексов массива может быть различным. Массивы с одним индексом называют одномерными, с двумя — двумерными и т. д. Одномерный массив нестрого соответствует вектору в математике, двумерный — матрице. Чаще всего применяются массивы с одним или двумя индексами, реже — с тремя, ещё большее количество индексов встречается крайне редко.
Поддержка индексных массивов (свой синтаксис объявления, функции для работы с элементами и т. д.) есть в большинстве высокоуровневых языков программирования. Максимально допустимая размерность массива, типы и диапазоны значений индексов, ограничения на типы элементов определяются языком программирования и/или конкретным транслятором.
В языках программирования, допускающих объявления программистом собственных типов, как правило, существует возможность создания типа «массив». В определении такого типа может указываться размер, тип элемента, диапазон значений и типы индексов. В дальнейшем возможно определение переменных созданного типа. Все такие переменные-массивы имеют одну структуру. Некоторые языки поддерживают для переменных-массивов операции присваивания (когда одной операцией всем элементам массива присваиваются значения соответствующих элементов другого массива).
Специфические типы массивов
Динамические массивы
Динамическим называется массив, размер которого может меняться во время исполнения программы. Для изменения размера динамического массива язык программирования, поддерживающий такие массивы, должен предоставлять встроенную функцию или оператор. Динамические массивы дают возможность более гибкой работы с данными, так как позволяют не прогнозировать хранимые объёмы данных, а регулировать размер массива в соответствии с реально необходимыми объёмами. Обычные, не динамические массивы называют ещё статическими.
Пример динамического массива на Delphi
Пример динамического массива на Си
Гетерогенные массивы
Гетерогенным называется массив, в разные элементы которого могут быть непосредственно записаны значения, относящиеся к различным типам данных. Массив, хранящий указатели на значения различных типов, не является гетерогенным, так как собственно хранящиеся в массиве данные относятся к единственному типу — типу «указатель». Гетерогенные массивы удобны как универсальная структура для хранения наборов данных произвольных типов. Отсутствие их поддержки в языке программирования приводит к необходимости реализации более сложных схем хранения данных. С другой стороны, реализация гетерогенности требует усложнения механизма поддержки массивов в трансляторе языка.
Массивы массивов
Многомерные массивы, как правило реализованные как одномерные массивы, каждый элемент которых, является ссылкой на другой одномерный массив.
Реализация
Стандартным способом реализации статических массивов с одним типом элементов является следующий:
Таким образом, адрес элемента с заданным набором индексов вычисляется, так что время доступа ко всем элементам массива одинаково.
Первый элемент массива, в зависимости от языка программирования, может иметь различный индекс. Различают три основных разновидности массивов: с отсчетом от нуля (zero-based), с отсчетом от единицы (one-based), и с отсчетом от специфического значения заданного программистом (n-based). Отсчет индекса элемента массивов с нуля более характерен для низкоуровневых ЯП, однако этот метод был популяризирован в языках более высокого уровня языком программирорования С.
Более сложные типы массивов — динамические и гетерогенные — реализуются сложнее.
Достоинства
Недостатки
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Массив (программирование)» в других словарях:
Массив — У этого термина существуют и другие значения, см. Массив (значения). Эту страницу предлагается переименовать в Массив (информатика). Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К переименованию/4 ноября 2012. Возможно, её … Википедия
Класс (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Класс. Класс в программировании набор методов и функций. Другие абстрактные типы данных метаклассы, интерфейсы, структуры, перечисления характеризуются какими то своими, другими… … Википедия
Коллекция (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Коллекция. Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные исто … Википедия
Интерфейс (объектно-ориентированное программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Интерфейс (значения). Интерфейс (от лат. inter «между», и face «поверхность») семантическая и синтаксическая конструкция в коде программы, используемая для специфицирования… … Википедия
Полиморфизм (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Полиморфизм. Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью … Википедия
Функциональное программирование — Парадигмы программирования Агентно ориентированная Компонентно ориентированная Конкатенативная Декларативная (контрастирует с Императивной) Ограничениями Функциональная Потоком данных Таблично ориентированная (электронные таблицы) Реактивная … Википедия
Автоматное программирование — Автоматное программирование это парадигма программирования, при использовании которой программа или её фрагмент осмысливается как модель какого либо формального автомата. В зависимости от конкретной задачи в автоматном программировании… … Википедия
Объект (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Объект (значения). Объект в программировании некоторая сущность в виртуальном пространстве, обладающая определённым состоянием и поведением, имеющая заданные значения свойств (атрибутов) и… … Википедия
Очередь (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Очередь. Очередь структура данных с дисциплиной доступа к элементам «первый пришёл первый вышел» (FIFO, First In First Out). Добавление элемента (принято обозначать словом… … Википедия
Ссылка (программирование) — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Дадим формальное определение:
массив — структурированный тип данных, состоящий из некоторого числа элементов одного типа.
Для того чтобы разобраться в возможностях и особенностях обработки массивов в программах на ассемблере, нужно ответить на следующие вопросы:
· Как описать массивв программе?
· Как инициализировать массив, то есть как задать начальные значения его элементов?
· Как организовать доступк элементам массива?
· Как организовать массивыс размерностью более одной?
· Как организовать выполнениетиповых операций с массивами?
Описание и инициализация массива в программе
Специальных средств описания массивов в программах ассемблера, конечно, нет. При необходимости использовать массив в программе его нужно моделировать одним из следующих способов:
1. Перечислением элементов массива в поле операндов одной из директив описания данных. При перечислении элементы разделяются запятыми. К примеру:
;массив из 5 элементов.Размер каждого элемента 4 байта:
2. Используя оператор повторения dup. К примеру:
;массив из 5 нулевых элементов.
;Размер каждого элемента 2 байта:
Такой способ определения используется для резервирования памяти с целью размещения и инициализации элементов массива.
3. Используя директивы labelиrept. Пара этих директив может облегчить описание больших массивов в памяти и повысить наглядность такого описания. Директиваreptотносится к макросредствам языка ассемблера и вызывает повторение указанное число раз строк, заключенных между директивой и строкой endm. К примеру, определим массив байт в области памяти, обозначенной идентификаторомmas_b. В данном случае директиваlabelопределяет символическое имяmas_b, аналогично тому, как это делают директивы резервирования и инициализации памяти. Достоинство директивыlabelв том, что она не резервирует память, а лишь определяет характеристики объекта. В данном случае объект — это ячейка памяти. Используя несколько директивlabel, записанных одна за другой, можно присвоить одной и той же области памяти разные имена и разный тип, что и сделано в следующем фрагменте:
В результате в памяти будет создана последовательность из четырех слов f1f0. Эту последовательность можно трактовать как массив байт или слов в зависимости от того, какое имя области мы будем использовать в программе —mas_bилиmas_w.
4. Использование цикла для инициализации значениями области памяти, которую можно будет впоследствии трактовать как массив.
5. Посмотрим на примере листинга 2, каким образом это делается.
Листинг 2 Инициализация массива в цикле
mes db 0ah,0dh,’Массив- ‘,’$’
mas db 10 dup (?) ;исходный массив
xor ax,ax ;обнуление ax
mov cx,10 ;значение счетчика цикла в cx
mov si,0 ;индекс начального элемента в cx
go: ;цикл инициализации
mov mas[si],bh ;запись в массив i
inc si ;продвижение к следующему элементу массива
loop go ;повторить цикл
;вывод на экран получившегося массива
mov ah,02h ;функция вывода значения из al на экран
add dl,30h ;преобразование числа в символ
mov ax,4c00h ;стандартный выход
end main ;конец программы
Доступ к элементам массива
При работе с массивами необходимо четко представлять себе, что все элементы массива располагаются в памяти компьютера последовательно.
Само по себе такое расположение ничего не говорит о назначении и порядке использования этих элементов. И только лишь программист с помощью составленного им алгоритма обработки определяет, как нужно трактовать эту последовательность байт, составляющих массив. Так, одну и ту же область памяти можно трактовать как одномерный массив, и одновременно те же самые данные могут трактоваться как двухмерный массив. Все зависит только от алгоритма обработки этих данных в конкретной программе. Сами по себе данные не несут никакой информации о своем “смысловом”, или логическом, типе. Помните об этом принципиальном моменте.
Эти же соображения можно распространить и на индексы элементов массива. Ассемблер не подозревает об их существовании и ему абсолютно все равно, каковы их численные смысловые значения.
Для того чтобы локализовать определенный элемент массива, к его имени нужно добавить индекс. Так как мы моделируем массив, то должны позаботиться и о моделировании индекса. В языке ассемблера индексы массивов — это обычные адреса, но с ними работают особым образом. Другими словами, когда при программировании на ассемблере мы говорим об индексе, то скорее подразумеваем под этим не номер элемента в массиве, а некоторый адрес.
Давайте еще раз обратимся к описанию массива. К примеру, в программе статически определена последовательность данных:
Пусть эта последовательность чисел трактуется как одномерный массив. Размерность каждого элемента определяется директивой dw, то есть она равна2байта. Чтобы получить доступ к третьему элементу, нужно к адресу массива прибавить6. Нумерация элементов массива в ассемблере начинается с нуля.
То есть в нашем случае речь, фактически, идет о 4-м элементе массива — 3, но об этом знает только программист; микропроцессору в данном случае все равно — ему нужен только адрес.
В общем случае для получения адреса элемента в массиве необходимо начальный (базовый) адрес массива сложить с произведением индекса (номер элемента минус единица) этого элемента на размер элемента массива:
база + (индекс*размер элемента)
Архитектура микропроцессора предоставляет достаточно удобные программно-аппаратные средства для работы с массивами. К ним относятся базовые и индексные регистры, позволяющие реализовать несколько режимов адресации данных. Используя данные режимы адресации, можно организовать эффективную работу с массивами в памяти. Вспомним эти режимы:
· индексная адресация со смещением — режим адресации, при котором эффективный адрес формируется из двух компонентов:
o постоянного (базового)— указанием прямого адреса массива в виде имени идентификатора, обозначающего начало массива;
o переменного (индексного)— указанием имени индексного регистра.
;поместить 3-й элемент массива mas в регистр ax:
· базовая индексная адресация со смещением — режим адресации, при котором эффективный адрес формируется максимум из трех компонентов:
o постоянного(необязательный компонент), в качестве которой может выступать прямой адрес массива в виде имени идентификатора, обозначающего начало массива, или непосредственное значение;
o переменного (базового)— указанием имени базового регистра;
o переменного (индексного)— указанием имени индексного регистра.
Этот вид адресации удобно использовать при обработке двухмерных массивов. Пример использования этой адресации мы рассмотрим далее при изучении особенностей работы с двухмерными массивами.
Напомним, что в качестве базового регистра может использоваться любой из восьми регистров общего назначения. В качестве индексного регистра также можно использовать любой регистр общего назначения, за исключением esp/sp.
Микропроцессор позволяет масштабировать индекс. Это означает, что если указать после имени индексного регистра знак умножения “*” с последующей цифрой 2, 4 или 8, то содержимое индексного регистра будет умножаться на 2, 4 или 8, то есть масштабироваться.
Применение масштабирования облегчает работу с массивами, которые имеют размер элементов, равный 2, 4 или 8 байт, так как микропроцессор сам производит коррекцию индекса для получения адреса очередного элемента массива. Нам нужно лишь загрузить в индексный регистр значение требуемого индекса (считая от 0). Кстати сказать, возможность масштабирования появилась в микропроцессорах Intel, начиная с модели i486. По этой причине в рассматриваемом здесь примере программы стоит директива .486. Ее назначение, как и ранее использовавшейся директивы.386, в том, чтобы указать ассемблеру при формировании машинных команд на необходимость учета и использования дополнительных возможностей системы команд новых моделей микропроцессоров.
В качестве примера использования масштабирования рассмотрим листинг 3, в котором просматривается массив, состоящий из слов, и производится сравнение этих элементов с нулем. Выводится соответствующее сообщение.
Листинг 3. Просмотр массива слов с использованием
.data ;начало сегмента данных
mes1 db ‘не равен 0!$’,0ah,0dh
mes2 db ‘равен 0!$’,0ah,0dh
mas dw 2,7,0,0,1,9,3,6,0,8 ;исходный массив
.486 ;это обязательно
mov ds,ax ;связка ds с сегментом данных
xor ax,ax ;обнуление ax
mov cx,10 ;значение счетчика цикла в cx
mov esi,0 ;индекс в esi
mov dx,mas[esi*2] ;первый элемент массива в dx
cmp dx,0 ;сравнение dx c 0
je equal ;переход, если равно
not_equal: ;не равно
mov ah,09h ;вывод сообщения на экран
mov ah,02h ;вывод номера элемента массива на экран
inc esi ;на следующий элемент
dec cx ;условие для выхода из цикла
jcxz exit ;cx=0? Если да — на выход
jmp compare ;нет — повторить цикл
mov ah,09h ;вывод сообщения mes3 на экран
mov ah,09h ;вывод сообщения mes2 на экран
inc esi ;на следующий элемент
dec cx ;все элементы обработаны?
mov ax,4c00h ;стандартный выход
end main ;конец программы
Еще несколько слов о соглашениях:
· Если для описания адреса используется только один регистр, то речь идет о базовой адресациии этот регистр рассматривается какбазовый:
;переслать байт из области данных, адрес
которой находится в регистре ebx:
· Если для задания адреса в команде используется прямая адресация(в виде идентификатора) в сочетании с одним регистром, то речь идет обиндексной адресации. Регистр считаетсяиндексным, и поэтому можно использовать масштабирование для получения адреса нужного элемента массива:
;сложить содержимое eax с двойным словом в памяти
;по адресу mas + (ebx)*4
· Если для описания адреса используются два регистра, то речь идет о базово-индексной адресации. Левый регистр рассматривается как базовый, а правый — как индексный. В общем случае это не принципиально, но если мы используем масштабирование с одним из регистров, то он всегда являетсяиндексным. Но лучше придерживаться определенных соглашений.
· Помните, что применение регистров ebp/bpиesp/spпо умолчанию подразумевает, что сегментная составляющая адреса находится в регистреss.
Заметим, что базово-индексную адресацию не возбраняется сочетать с прямой адресацией или указанием непосредственного значения. Адрес тогда будет формироваться как сумма всех компонентов.
;адрес операнда равен [mas+(ebx)+(ecx)*2]
;адрес операнда равен [(ebx)+8+(ecx)*4]
Но имейте в виду, что масштабирование эффективно лишь тогда, когда размерность элементов массива равна 2, 4 или 8 байт. Если же размерность элементов другая, то организовывать обращение к элементам массива нужно обычным способом, как описано ранее.
Рассмотрим пример работы с массивом из пяти трехбайтовых элементов (листинг 4). Младший байт в каждом из этих элементов представляет собой некий счетчик, а старшие два байта — что-то еще, для нас не имеющее никакого значения. Необходимо последовательно обработать элементы данного массива, увеличив значения счетчиков на единицу.
Листинг 4. Обработка массива элементов с нечетной длиной
MODEL small ;модель памяти
STACK 256 ;размер стека
.data ;начало сегмента данных
N=5 ;количество элементов массива
mas db 5 dup (3 dup (0))
main: ;точка входа в программу
xor ax,ax ;обнуление ax
mov dl,mas[si] ;первый байт поля в dl
inc dl ;увеличение dl на 1 (по условию)
mov mas[si],dl ;заслать обратно в массив
add si,3 ;сдвиг на следующий элемент массива
Изучаем C++. Часть 7. Массивы и работа с ними
Разбираемся, как пользоваться одним из самых удобных способов хранения данных.
Это седьмая часть из серии статей «Глубокое погружение в C++». В прошлой статье мы узнали, как использовать циклы while, do-while и for и сокращать с их помощью код. Сегодняшняя тема — массивы.
Массив — это определённое число ячеек памяти, расположенных подряд. Они позволяют эффективно хранить однотипные данные: зарплаты сотрудников, координаты персонажей, баллы учеников и так далее.
На картинке выше показано объявление массива из четырёх элементов целочисленного типа. Несмотря на то что значения элементам не присваивались, массив всё равно будет занимать такой объём памяти, который занимали бы четыре переменные. В данном случае — 16 байт.
Массивы очень удобные и быстрые: расположение ячеек друг за другом позволяет увеличить скорость работы с данными в них.
Пишет о программировании, в свободное время создает игры. Мечтает открыть свою студию и выпускать ламповые RPG.
Как объявить массив в C++
Есть несколько способов объявления массивов:
Нумерация в массивах начинается с нуля, а не с единицы. При этом длина остается обычной. То есть в массиве длиной в десять ячеек индекс последней будет 9.
Важно! Массивы — иммутабельные (неизменяемые). Вы можете скорректировать значения отдельных элементов, но не сам массив — нельзя изменить его длину или присвоить одному массиву другой.
Всегда следите, чтобы не обращаться к ячейке данных, которая находится за пределами массива. Если длина равна 5, а вы обратитесь к ячейке под индексом 5, 6, 7 и так далее, то результат может быть непредсказуемым.
Массивы в C++
Продолжаем серию «C++, копаем вглубь». Цель этой серии — рассказать максимально подробно о разных особенностях языка, возможно довольно специальных. Это четвертая статья из серии, первые три, посвященные перегрузке в C++, находятся здесь, здесь и здесь.
Эта статья посвящена массивам. Массивы можно отнести к наиболее древним слоям C++, они пришли из первых версий C. Тем не менее, массивы вошли в объектно-ориентированную систему типов C++, хотя и с определенными оговорками. Программисту важно знать об этих особенностях, чтобы избежать потенциальных ошибок. В статье также рассмотрено другое наследие C – тривиальные типы и неинициализированные переменные. Часть нововведений C++11, С++14, С++17 затрагивают работу с массивами, все эти новые возможности также подробно описаны. Итак, попробуем рассказать о массивах все.
Оглавление
1. Общие положения
Массив является простейшим агрегатным типом. Он моделирует набор однотипных элементов, расположенных подряд в непрерывном отрезке памяти. Массивы в той или иной форме поддерживаются практически всеми языками программирования и неудивительно, что они появились в первых версиях C и затем стали частью C++.
1.1. Объявление массивов
Если T некоторый тип, N константа или выражение, вычисляемое во время компиляции, то инструкция
Такие массивы еще называют встроенными массивами (regular arrays), чтобы подчеркнуть отличие от других вариантов массивов, термин «массив» используется в программировании и в том числе в C++ достаточно широко.
Вот примеры правильных объявлений массивов:
А вот примеры некорректных объявлений массивов:
Выход за границы массива не контролируется, ошибка может привести к неопределенному поведению.
В одной инструкции можно объявить несколько массивов, но размер должен быть указан для каждого.
Для типов массивов можно вводить псевдонимы. Можно использовать традиционный вариант с ключевым словом typedef :
или более современный (C++11) с ключевым словом using :
После этого массивы объявляются как простые переменные:
Это будет то же самое, что
1.2. Операторы и стандартные функции для работы с массивами
Для работы с массивами можно использовать оператор sizeof и несколько стандартных функций и макросов.
Оператор sizeof возвращает полный размер массива в байтах, то есть размер элемента умноженный на размер массива.
А также в стандартных алгоритмах:
1.3. Размещение в памяти
Если массив объявлен статически, то есть в глобальной области видимости, в области видимости пространства имен или в качестве статического члена класса, то он размещается в статической памяти. Массивам, объявленным локально, память выделяется на стеке. (Естественно, надо учитывать ограниченный размер стека при выборе размера локальных массивов.) Нестатические члены класса размещаются в границах экземпляра класса. Динамические массивы (см. раздел 6) размещаются в динамической памяти.
1.4. Ограничения на типы элементов массивов
Нельзя объявить массив ссылок.
Вместо этого можно использовать массив константных указателей.
(Синтаксис инициализации массивов будет обсуждаться в разделе 3.2.)
Нельзя объявить массив функций.
Вместо этого можно использовать массив указателей на функцию.
Квалификатор const не применим к типу массива, а только к типам его элементов.
2. Сведение и копирование массивов
В данном разделе рассматриваются особенности массивов, которые выделяют их из общей системы типов C++.
2.1. Сведение
Конечно, тесную связь массивов и указателей отрицать нельзя. Вот стандартный (в стиле C) способ обработать все элементы массива:
Но все же сведение можно отнести к сишным архаизмам и с ним надо быть внимательным и аккуратным, иначе можно столкнуться с не самыми приятными неожиданностями.
Вот как сведение влияет на объявления функций. Функции
не являются перегруженными функциями — это одно и то же. Размер надо передавать дополнительным параметром или использовать специальное соглашение для определения размера (например, завершающий ноль для строк).
При внешнем связывании массива также происходит сведение.
Для размера также надо использовать дополнительную переменную или использовать специальное соглашение для определения размера.
При объявлении переменной с помощью ключевого слова auto также происходит сведение.
При конкретизации шаблона функции
тип параметра шаблонной функции также будет выведен как указатель, если аргумент является массивом.
Сведение вызывает дополнительные проблемы при использовании наследования. (В C ведь нет наследования.) Рассмотрим пример.
Следующий код компилируется без ошибок и предупреждений.
2.2. Копирование
Наряду со сведением (и тесно связанная с ним) есть еще одна особенность типа массива, которая делает его в некотором смысле «неполноценным». Массивы не поддерживают привычный синтаксис инициализации и присваивания, основанный на семантике копирования:
Также функция не может возвращать массив.
Но если массив является членом класса/структуры/объединения, то проблемы с копированием (а также сведение) отсутствуют.
Для этой структуры компилятор сгенерирует копирующий конструктор по умолчанию и соответствующий оператор присваивания, которые без проблем скопируют массив.
3. Инициализация массивов
Для описания правил инициализации массивов необходимо кратко рассказать о тривиальных типах.
3.1. Тривиальные типы и неинициализированные переменные
Конструкторы и деструкторы можно назвать ключевыми элементами объектной модели С++. При создании объекта обязательно вызывается конструктор, а при удалении — деструктор. Но проблемы совместимости с С вынудили сделать некоторое исключение, и это исключение называется тривиальные типы. Они введены для моделирования сишных типов и сишного жизненного цикла переменных, без обязательного вызова конструктора и деструктора. Сишный код, если он компилируется и выполняется в С++, должен работать так же как в С. К тривиальным типам относятся числовые типы, указатели, перечисления, а также классы, структуры, объединения и массивы, состоящие из тривиальных типов. Классы и структуры должны удовлетворять некоторым дополнительным условиям: отсутствие пользовательского конструктора, деструктора, копирования, присваивания, виртуальных функций.
Переменная тривиального типа будет неинициализированной, если не использовать какой-нибудь вариант явной инициализации. Для тривиального класса компилятор может сгенерировать конструктор по умолчанию и деструктор. Конструктор по умолчанию обнуляет объект, деструктор ничего не делает. Но этот конструктор будет сгенерирован и использован только, если использовать какой-нибудь вариант явной инициализации, иначе переменная останется неинициализированной.
Неинициализированная переменная устроена следующим образом: если она объявлена в области видимости пространства имен (глобально), будет иметь все биты нулевыми, если локально, или создана динамически, то получит случайный набор битов. Понятно, что использование такой переменной может привести к непредсказуемому поведению программы. Массивы достаточно часто имеют тривиальный тип и поэтому эта проблема для них весьма актуальна.
Неинициализированные константы тривиального типа выявляет компилятор, иногда он выявляет и другие неинициализированные переменные, но с этой задачей лучше справляются статические анализаторы кода.
3.2. Синтаксис инициализации массивов
3.2.1. Общие положения
Если не использовать явную инициализацию, то для массивов нетривиального типа гарантируется вызов конструктора по умолчанию для каждого элемента. Естественно, что в этом случае такой конструктор должен быть, иначе возникает ошибка. Но для массивов тривиального типа или, если конструктор по умолчанию отсутствует или не устраивает, необходимо использовать явную инициализацию.
Со времен C массивы можно было инициализировать с помощью синтаксиса агрегатной инициализации:
В С++11 появилась универсальная инициализация (uniform initialization) и теперь можно инициализировать так:
Для универсальной инициализации также можно использовать =, и различать эти два типа инициализации не всегда просто, а, скорее всего, не очень нужно.
Размер массива можно не указывать, тогда он определится по числу инициализаторов.
Если размер массива указан, то число инициализаторов не должно быть больше размера массива. Если размер массива больше числа инициализаторов, то для оставшихся элементов гарантируется вызов конструктора по умолчанию (который, естественно, должен быть), в том числе и для тривиальных типов. Таким образам, указав пустой список инициализации, мы гарантируем вызов конструктора по умолчанию для всех элементов массива тривиального типа.
Массивы констант тривиального типа требуют обязательного списка инициализации.
Число инициализаторов может быть меньше размера массива, в этом случае оставшиеся элементы инициализируются конструктором по умолчанию.
Символьные массивы можно инициализировать строковым литералом.
Размер такого массива будет на единицу больше числа символов строки, нужно хранить завершающий нулевой символ.
3.2.2. Инициализация членов класса
В С++11 появилась возможность инициализировать массивы, являющиеся нестатическими членами класса. Это можно сделать двумя способами: непосредственно при объявлении или в списке инициализации членов при определении конструктора.
Правда в этом случае надо всегда явно задавать размер массива, неявное определение размера через список инициализации не разрешается.
Статические массивы, как и ранее, можно инициализировать только при определении, размер массива может быть определен через список инициализации.
3.2.3. Требования к инициализаторам
Выражения, стоящие в списке инициализации, вычисляются непосредственно перед инициализацией, они не обязаны быть известными на стадии компиляции (конечно, за исключением массивов, объявленных как constexpr ). Требования к элементам списка инициализации такие же как и к аргументу функции, имеющей параметр того же типа, что и элемент массива — должно существовать неявное преобразование от типа элемента списка инициализации к типу элемента массива. Пусть у нас есть объявление массива:
Наличие нужного преобразования эквивалентно корректности инструкции
Элемент списка инициализации может быть сам списком инициализации. В этом случае корректность этой инструкции также гарантирует корректную инициализацию элемента массива.
Этот пример также демонстрирует как с помощью списка инициализации мы можем создать массив для типа у которого нет конструктора по умолчанию. Но в этом случае число инициализаторов должно совпадать с размером массива.
4. Указатели и ссылки на массивы
4.1. Указатели на массивы
Пусть у нас объявлен массив
Указатель на этот массив объявляется и инициализируется следующим образом:
Указатель на массив — это не указатель на первый элемент (хотя побитово они, конечно, совпадают), здесь нет никакого сведения. Это полноценный тип, который «знает» размер массива. Поэтому при инициализации размеры должны совпадать.
При инкременте указатель на массив увеличивается на размер всего массива, а не на размер элемента.
Для доступа к элементу массива через указатель надо использовать оператор * и индексатор.
При использовании псевдонимов можно получить более привычный синтаксис объявления указателя на массив.
Понимание указателей на массивы необходимо для правильной работы с многомерными массивами, которые подробно будут рассмотрены далее.
4.2. Ссылки на массивы
Пусть у нас объявлен массив
Ссылка на этот массив объявляется и инициализируется следующим образом:
Также ссылку на массив можно инициализировать разыменованным указателем на массив.
Как и указатель, ссылка «знает» размер массива. Поэтому при инициализации размеры должны совпадать.
Доступ к элементу массива через ссылку осуществляется так же, как и через идентификатор массива.
Ссылки на массивы как раз и являются теми средствами, с помощью которых можно обойти сведение.
При использовании псевдонимов можно получить более привычный синтаксис объявления ссылки на массив.
При конкретизации шаблона функции
тип параметра шаблонной функции также будет выведен как ссылка на массив, если аргумент является массивом.
Особенно удобно использовать шаблоны с выводом типа и размера массива.
5. Многомерные массивы
Если T некоторый тип, N и M выражения, допустимые для определения размера массива, то инструкция
Сведение преобразует массив к указателю на элемент. Для двумерного массива этот элемент сам является массивом, а значит двумерный массив сводится к указателю на массив.
Таким образом, при передаче двумерного массива в функцию следующие варианты объявления соответствующего параметра эквивалентны:
Это означает, что внешний размер двумерного массива теряется и его надо передавать отдельным параметром.
При использовании псевдонимов можно получить более лаконичный синтаксис объявления двумерных массивов.
Это то же самое, что
Двумерные массивы инициализируются следующим образом:
Можно получить указатель на двумерный массив:
Также можно получить ссылку. Вот пример использования ссылки на двумерный массив.
Двумерный массив хорошо согласуется с математическими матрицами. В объявлении
6. Динамические массивы
В C++ отсутствует тип «динамический массив». Имеются только операторы для создания и удаления динамического массива, доступ к нему осуществляется через указатели на начало массива (своего рода полное сведение). Размер такого массива надо хранить отдельно. Динамические массивы желательно инкапсулировать в C++ классы.
6.1. Создание и удаление динамического массива
Если T некоторый тип, n переменная, значение которой может определяются в процессе выполнения программы, то инструкция
Если тип T тривиальный, то элементы будут иметь случайное значение, в противном случае для инициализации элементов будет использован конструктор по умолчанию.
В C++11 появилась возможность использовать список инициализации.
Если число инициализаторов больше размера массива, то лишние не используются (компилятор может выдать ошибку, если значение n известно на стадии компиляции). Если размер массива больше числа инициализаторов, то для оставшихся элементов гарантируется вызов конструктора по умолчанию, в том числе и для тривиальных типов. Таким образам, указав пустой список инициализации, мы гарантируем вызов конструктора по умолчанию для всех элементов массива тривиального типа.
При этом, если при создании массива использовался конструктор, то для всех элементов массива вызывается деструктор в порядке, обратном вызову конструктора (деструктор не должен выбрасывать исключений), затем выделенная память освобождается.
6.2. Динамические массивы и интеллектуальные указатели
В C++14 появилась возможность создать динамический массив и инициализировать им экземпляр std::unique_ptr<> с помощью std::make_unique<> :
При этом гарантируется инициализация элементов массива по умолчанию, в том числе и для тривиальных типов.
Интеллектуальный указатель std::shared_ptr<> стал поддерживать такую специализацию только в C++17, а использование std::make_shared<> для этой специализации появилось только в C++20.
6.3. Многомерные динамические массивы
При использовании псевдонимов можно получить более лаконичный синтаксис.
Используя перегрузку оператора [] легко создать класс, который хранит данные в одномерном массиве, но при этом предоставляет интерфейс многомерного массива. Вот пример предельно упрощенного класса матрицы.
Вот пример использования:
7. Использование массивов в шаблонах
Тип массива можно использовать в качестве шаблонных аргументов и для специализации шаблонов классов.
В стандартной библиотеке частичная специализация интеллектуального указателя std::unique_ptr<> и std::shared_ptr<> для массивов используется для управления жизненным циклом динамического массива, подробнее см. раздел 6.2.
В качестве реального примера использования этих свойст типов приведем немного упрощенное определение перегруженного варианта шаблона функции std::make_unique<> для массивов (см. раздел 6.2):
8. Стандартные альтернативы массивам
Стандартная библиотека предоставляет несколько классов (точнее шаблонов классов), которые рекомендуется использовать вместо массивов.
Этот шаблон поддерживает индексатор и традиционный интерфейс стандартного контейнера.
Список литературы
[Josuttis]
Джосаттис, Николаи М. Стандартная библиотека C++: справочное руководство, 2-е изд.: Пер. с англ. — М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2014.