Введение в массивы на C++
Введение в массивы
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();
к такой
for ( int i = 0; i < 5; i++ )
{
card[i] = getRandomCard();
}
А теперь представьте разницу, если переменных 100!
Синтаксис
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[0] только на первый элемент, my_array[3] — 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
Объявление многомерных массивов в C++
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[3][3];
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.
Использование массивов
При использовании массивов вам не обойтись без циклов. 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 <iostream>
using namespace std;
int main() {
int array[8][8]; // Объявляем массив, который выглядит как шахматная доска
for (int i = 0; i < 8; i++) {
for (int j = 0; j < 8; j++) {
array[i][j] = i * j; // Задаем значения каждого элемента
}
}
cout << "Multiplication table:\n";
for (int i = 0; i < 8; i++) {
for (int j = 0; j < 8; j++) {
cout << "[ " << i << " ][ " << j << "] = ";
cout << array[i][j] << " ";
cout << "\n";
}
}
}
Передаем массивы в функции
Как видите, разные элементы языка C++ взаимодействуют друг с другом. Как и с циклами, массивы можно использовать вместе с функциями.
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[][3]);
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 <iostream>
using namespace std;
int sumArray(int values[], int size) {
int sum = 0;
// цикл остановится когда i == size, потому что индекс последнего элемента = size - 1
for (int i = 0; i < size; i++) {
sum += values[i];
}
return sum;
}
int main() {
int values[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
cout << "Enter value " << i << ": ";
cin >> values[i];
}
cout << sumArray(values, 10) << endl;
}
Сортировка массива
Решим задачу сортировки массива из 100 чисел, которые ввел пользователь:
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int values[ 100 ];
for (int i = 0; i < 100; i++) {
cout << "Enter value " << i << ": ";
cin >> values[ i ];
}
}
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 <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iostream>
using namespace std;
int findSmallestRemainingElement(int array[], int size, int index);
void swap(int array[], int first_index, int second_index);
void sort(int array[], int size) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
int index = findSmallestRemainingElement(array, size, i);
swap(array, i, index);
}
}
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;
}
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;
}
// вспомогательная функция для вывода массива
void displayArray(int array[], int size) {
cout << "{";
for (int i = 0; i < size; i++) {
// если элемент не первый выведем запятую
if (i != 0) {
cout << ", ";
}
cout << array[ i ];
}
cout << "}";
}
int main() {
int array[ 10 ];
srand(time(NULL));
for (int i = 0; i < 10; i++) {
array[ i ] = rand() % 100;
}
cout << "Original array: ";
displayArray(array, 10);
cout << '\n';
sort(array, 10);
cout << "Sorted array: ";
displayArray(array, 10);
cout << '\n';
}
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.
На этом всё.
Комментарии