что такое размер массива
Массивы в языке Си
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.
Массив — 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. 
Длина массива – количество байт, отводимое в памяти для хранения всех элементов массива.
ДлинаМассива = РазмерЭлемента * КоличествоЭлементов
Для определения размера элемента массива может использоваться функция
Массивы (C++)
Массив — это последовательность объектов того же типа, которые занимают смежную область памяти. Традиционные массивы в стиле C являются источником многих ошибок, но по-прежнему являются общими, особенно в старых базах кода. В современных C++ мы настоятельно рекомендуем использовать std:: Vector или std:: Array вместо массивов в стиле C, описанных в этом разделе. Оба этих типа стандартных библиотек хранят свои элементы в виде непрерывного блока памяти. Однако они обеспечивают гораздо большую безопасность типов и итераторы поддержки, которые гарантированно указывают на допустимое расположение в последовательности. Дополнительные сведения см. в разделе контейнеры.
Объявления стека
В объявлении массива C++ размер массива указывается после имени переменной, а не после имени типа, как в некоторых других языках. В следующем примере объявляется массив значений типа Double 1000, которые будут выделяться в стеке. Число элементов должно быть указано как целочисленный литерал или else в качестве константного выражения. Это обусловлено тем, что компилятору необходимо выяснить, сколько пространства стека следует выделить; оно не может использовать значение, вычисленное во время выполнения. Каждому элементу массива присваивается значение по умолчанию 0. Если не назначить значение по умолчанию, каждый элемент изначально будет содержать случайные значения, находящимся в этой области памяти.
Массив нулевого размера допустим только в том случае, если массив является последним полем в struct или union и если расширения Microsoft включены ( /Za или /permissive- не заданы).
Массивы на основе стека быстрее выделяются и получают доступ, чем массивы на основе кучи. Однако пространство стека ограничено. Число элементов массива не может быть настолько большим, что в нем используется слишком много памяти стека. Насколько сильно зависит от программы. Для определения того, является ли массив слишком большим, можно использовать средства профилирования.
Объявления кучи
Может потребоваться, чтобы массив был слишком большим для выделения в стеке или его размер не известен во время компиляции. Можно выделить этот массив в куче с помощью new[] выражения. Оператор возвращает указатель на первый элемент. Оператор индекса работает с переменной-указателем так же, как и с массивом на основе стека. Также можно использовать арифметические операции с указателями для перемещения указателя на произвольные элементы в массиве. Вы обязаны убедиться в том, что:
В следующем примере показано, как определить массив в куче во время выполнения. В нем показано, как получить доступ к элементам массива с помощью оператора индекса и с помощью арифметики указателей:
Инициализация массивов
Можно инициализировать массив в цикле, по одному элементу за раз или в одной инструкции. Содержимое следующих двух массивов идентично:
Передача массивов в функции
Когда массив передается в функцию, он передается в качестве указателя на первый элемент, независимо от того, является ли он массивом на основе стека или кучи. Указатель не содержит дополнительных сведений о размере или типе. Такое поведение называется указателем Decay. При передаче массива в функцию необходимо всегда указывать количество элементов в отдельном параметре. Такое поведение также подразумевает, что элементы массива не копируются, когда массив передается в функцию. Чтобы запретить функции изменять элементы, укажите параметр в качестве указателя на const элементы.
В следующем примере показана функция, которая принимает массив и длину. Указатель указывает на исходный массив, а не на копию. Поскольку параметр не const имеет значение, функция может изменять элементы массива.
Объявите и определите параметр массива p так, const чтобы он был доступен только для чтения в блоке функции:
Одна и та же функция может также быть объявлена в таких случаях без изменения поведения. Массив по-прежнему передается в качестве указателя на первый элемент:
Многомерные массивы
Массивы, созданные из других массивов, являются многомерными. Такие многомерные массивы определяются путем последовательного размещения нескольких константных выражений, заключенных в квадратные скобки. Рассмотрим, например, следующее объявление:
Он задает массив типа, по int сути упорядоченный в двумерной матрице из пяти строк и семи столбцов, как показано на следующем рисунке.
Концептуальная структура многомерного массива
Можно объявить многомерные массивы, имеющие список инициализаторов (как описано в разделе инициализаторы). В этих объявлениях константное выражение, указывающее границы для первого измерения, может быть опущено. Пример:
В показанном выше объявлении определяется массив, состоящий из трех строк и четырех столбцов. Строки представляют фабрики, а столбцы — рынки, на которые фабрики поставляют свою продукцию. Значения — это стоимости транспортировки с фабрик на рынки. Первое измерение массива опущено, но компилятор заполняет его, проверяя инициализатор.
Использование оператора косвенного обращения (*) в n-мерном массиве приводит к получению n-1 многомерного массива. Если n равно 1, создается скаляр (или элемент массива).
Массивы C++ размещаются в памяти по срокам. Построчный порядок означает, что быстрее всего изменяется последний индекс.
Пример
Можно также опустить спецификацию границ для первого измерения многомерного массива в объявлениях функций, как показано ниже:
Эта функция FindMinToMkt написана таким, что добавление новых фабрик не требует каких-либо изменений кода, а только перекомпиляции.
Инициализация массивов
Массивы объектов, имеющих конструктор класса, инициализируются конструктором. Если в списке инициализаторов меньше элементов, чем элементов массива, то для остальных элементов используется конструктор по умолчанию. Если для класса не определен конструктор по умолчанию, список инициализаторов должен быть завершен, то есть должен быть один инициализатор для каждого элемента в массиве.
Статические массивы членов ( const вне зависимости от объявления класса) могут быть инициализированы в своих определениях. Пример:
Доступ к элементам массива
К отдельным элементам массива можно обращаться при помощи оператора индекса массива ( [ ] ). При использовании имени одномерного массива без индекса он вычисляется как указатель на первый элемент массива.
Если используются многомерные массивы, в выражениях можно использовать различные сочетания.
Перегрузка оператора индекса
Как и другие операторы, оператор индекса ( [] ) может быть переопределен пользователем. Поведение оператора индекса по умолчанию, если он не перегружен, — совмещать имя массива и индекс с помощью следующего метода.
Как и во всех дополнениех, включающих типы указателей, масштабирование выполняется автоматически для корректировки размера типа. Результирующее значение не n байт из источника array_name ; вместо этого это n-й элемент массива. Дополнительные сведения об этом преобразовании см. в разделе аддитивные операторы.
Аналогично, для многомерных массивов адрес извлекается с использованием следующего метода.
Массивы в выражениях
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 Visual Basic
Массив — это набор значений, которые являются терминами элементы, логически взаимосвязаны друг с другом. Например, массив может состоять из числа учащихся в словаре грамматики. Каждый элемент массива — это количество учащихся одного уровня. Аналогичным образом массив может состоять из оценок учащегося для класса. Каждый элемент массива является однозначным.
Используя массив, можно ссылаться на эти связанные значения по одному и тому же имени и использовать число, которое называется индексом или подиндексом для обозначения отдельного элемента в зависимости от его позиции в массиве. Индексы в диапазоне от 0 до 1 меньше, чем общее число элементов в массиве. при использовании синтаксиса Visual Basic для определения размера массива указывается его самый высокий индекс, а не общее число элементов в массиве. Можно работать с массивом как с единицей, а возможность итерации элементов освобождает вас от необходимости знать, сколько элементов оно содержит во время разработки.
Несколько простых примеров перед подробным описанием:
Элементы массива в простом массиве
Давайте создадим массив с именем students для хранения числа учащихся в каждом классе в школе. Индексы элементов находятся в диапазоне от 0 до 6. Использование этого массива проще, чем объявление семи переменных.
На следующем рисунке показан students массив. Для каждого элемента массива:
индекс элемента представляет школьный класс (индекс 0 представляет детский сад);
значение, содержащееся в элементе, представляет число учеников в этом классе.
в следующем примере содержится код Visual Basic, который создает и использует массив:
В этом примере выполняется три вещи:
students Массив в предыдущем примере является одномерным массивом, так как он использует один индекс. Массив, использующий более одного индекса или подстрочного, называется многомерным. Дополнительные сведения см. в остальной части этой статьи и в разделе измерения массива в Visual Basic.
Создание массива
Размер массива можно определить несколькими способами.
Размер можно указать при объявлении массива:
Можно использовать предложение, New чтобы указать размер массива при его создании:
При наличии существующего массива его размер можно переопределить с помощью ReDim инструкции. Можно указать, что ReDim инструкция сохранит значения в массиве, или можно указать, что он создает пустой массив. В приведенном ниже примере показаны различные варианты использования оператора ReDim для изменения размера существующего массива.
Дополнительные сведения см. в описании оператора ReDim.
Сохранение значений в массиве
В следующем примере показаны некоторые инструкции, которые хранят и извлекают значения в массивах.
Заполнение массива литералами массива
С помощью литерала массива можно заполнить массив начальным набором значений во время его создания. Литерал массива состоит из списка разделенных запятыми значений, заключенных в фигурные скобки ( <> ).
При создании массива с помощью литерала массива можно либо указать тип массива, либо использовать определение типа для задания типа массива. В следующем примере показаны оба варианта.
Можно также создать и заполнить многомерный массив с помощью вложенных литералов массива. Вложенные литералы массива должны иметь ряд измерений, которые соответствуют результирующему массиву. В следующем примере создается двухмерный массив целых чисел с помощью вложенных литералов массива.
При использовании вложенных литералов массива для создания и заполнения массива возникает ошибка, если число элементов в литералах вложенных массивов не совпадает. Ошибка также возникает, если вы явно объявили переменную массива так, чтобы число измерений не превышало литералы массива.
Дополнительные примеры можно найти в статье How to: Initialize an Array Variable in Visual Basic (Практическое руководство. Инициализация переменной массива в Visual Basic).
Проход по массиву
При итерации по массиву вы обращаетесь к каждому элементу в массиве от самого низкого индекса к верхнему или от самого низкого. Как правило, используйте для. Next или For Each. Оператор Next для итерации элементов массива. Если вы не знакомы с верхними границами массива, можно вызвать Array.GetUpperBound метод, чтобы получить наибольшее значение индекса. Хотя наименьшее значение индекса почти всегда равно 0, можно вызвать Array.GetLowerBound метод, чтобы получить наименьшее значение индекса.
В следующем примере выполняется итерация по одномерным массиву с помощью For. Next инструкции.
В следующем примере выполняется перебор многомерного массива с помощью For. Next инструкции. Метод GetUpperBound имеет параметр, который определяет измерение. GetUpperBound(0) Возвращает самый верхний индекс первого измерения и GetUpperBound(1) возвращает наибольший индекс второго измерения.
В следующем примере используется объект For Each. Оператор Nextдля итерации одномерного массива и двумерного массива.
Размер массива
Размер массива является произведением длин всех его измерений. Он представляет собой общее число элементов, в данный момент содержащихся в массиве. Например, в следующем примере объявляется двухмерный массив с четырьмя элементами в каждом измерении. Как видно из выходных данных в примере, размер массива равен 16 (или (3 + 1) * (3 + 1).
Размер массива можно определить с помощью свойства Array.Length. Длину каждого измерения многомерного массива можно узнать с помощью Array.GetLength метода.
Существует ряд особенностей, о которых следует помнить при работе с размером массива.
Тип массива
Каждый массив имеет тип данных, который отличается от типа данных его элементов. Не существует единого типа данных, подходящего для всех массивов. Вместо этого тип данных массива определяется числом измерений ( рангом) массива и типом данных его элементов. Две переменные массива имеют один и тот же тип данных, только если они имеют одинаковый ранг и их элементы имеют один и тот же тип данных. Длины измерений массива не влияют на тип данных массива.
Выяснить тип данных массива или его элементов можно несколькими способами.
Массивы как возвращаемые значения и параметры
Массивы массивов
Иногда структура данных в приложении является двухмерной, но не прямоугольной. Например, массив можно использовать для хранения данных о высокой температуре каждого дня месяца. Первое измерение массива представляет месяц, но второе измерение представляет количество дней, а число дней в месяце является неравномерным. Немассивный массив, который также называется массивом массивов, предназначен для таких сценариев. Немассивный массив — это массив, элементы которого также являются массивами. Массив массивов и каждый элемент в нем могут иметь одно или несколько измерений.
В следующем примере используется массив месяцев, каждый элемент которого является массивом дней. В примере используется массив массива, поскольку разные месяцы имеют разное количество дней. В примере показано создание массива массивов, присвоение ему значений, а также извлечение и отображение его значений.
В предыдущем примере значения массива массивов назначаются для элемента в отдельности с помощью For. Next цикла. Можно также присваивать значения элементам массива массивов с помощью вложенных литералов массива. Однако попытка использовать вложенные литералы массива (например, Dim valuesjagged = <<1, 2>, <2, 3, 4>> ) приводит к возникновению ошибки компилятора BC30568. Чтобы исправить ошибку, заключите внутренние литералы массива в круглые скобки. Круглые скобки принудительно оценивают выражение литерала массива, а результирующие значения используются с литералом внешнего массива, как показано в следующем примере.
Массивы нулевой длины
Visual Basic отличает неинициализированный массив (массив, значение которого равно Nothing ) и массив нулевой длины или пустой массив (массив без элементов). Неинициализированный массив — это тот, который не был измерен или имел присвоенные ему значения. Вот несколько примеров.
Массив нулевой длины объявляется с измерением-1. Вот несколько примеров.
Массив нулевой длины может потребоваться создать в указанных ниже случаях.
Вы хотите, чтобы ваш код был простым, не требуя проверки в Nothing качестве специального случая.
Код взаимодействует с интерфейсом API, который требует передачи массива нулевой длины в одну или несколько процедур или возвращает массив нулевой длины из одной или нескольких процедур.
Разделение массива
В некоторых случаях может потребоваться разделить один массив на несколько массивов. Это включает определение точки или точек, в которых массив должен быть разделен, а затем спиттинг массив в два или более отдельных массива.
В этом разделе не рассматривается разделение одной строки на массив строк, основанный на каком-либо разделителе. Сведения о разбиении строки см. в описании String.Split метода.
Ниже приведены наиболее распространенные критерии разделения массива.
Количество элементов в массиве. Например, может потребоваться разделить массив больше, чем заданное число элементов, на несколько приблизительно равных частей. Для этой цели можно использовать значение, возвращаемое Array.Length Array.GetLength методом или.
Значение элемента, которое служит разделителем, указывающим место разделения массива. Можно выполнить поиск определенного значения, вызвав Array.FindIndex Array.FindLastIndex методы и.
После определения индекса или индексов, на которых массив должен быть разделен, можно создать отдельные массивы, вызвав Array.Copy метод.
В следующем примере массив разбивается на два массива приблизительно равного размера. (Если общее число элементов массива нечетное, первый массив содержит еще один элемент, чем второй.)
В следующем примере массив строк разбивается на два массива на основе наличия элемента, значение которого равно «zzz», которое служит разделителем массива. Новые массивы не включают элемент, содержащий разделитель.
Соединение массивов
Можно также объединить несколько массивов в один массив большего размера. Для этого также используется Array.Copy метод.
В этом разделе не обсуждается объединение массива строк в одну строку. Сведения о присоединении массива строк см. в описании String.Join метода.
Перед копированием элементов каждого массива в новый массив необходимо убедиться, что массив был инициализирован так, чтобы он был достаточно большим для размещения нового массива. Это можно сделать одним из двух способов.
В следующем примере используется второй подход к добавлению четырех массивов с десятью элементами в один массив.
Поскольку в этом случае исходные массивы невелики, можно также динамически расширять массив по мере добавления элементов каждого нового массива в него. Эту задачу решает следующий код.
Коллекции в качестве альтернативы массивам
Массивы удобнее всего использовать для создания фиксированного числа строго типизированных объектов и работы с ними. Коллекции предоставляют более гибкий способ работы с группами объектов. В отличие от массивов, требующих явного изменения размера массива ReDim инструкцией, коллекции растут и сжимаются динамически в соответствии с потребностями приложения.
при использовании ReDim для переизмерения массива Visual Basic создает новый массив и освобождает предыдущий. Это занимает время выполнения. Таким образом, если количество элементов, с которыми вы работаете, часто меняются, или вы не можете предсказать максимальное количество элементов, вы обычно получаете лучшую производительность, используя коллекцию.
Некоторые коллекции допускают назначение ключа любому объекту, который добавляется в коллекцию, чтобы в дальнейшем можно было быстро извлечь связанный с ключом объект из коллекции.
Если коллекция содержит элементы только одного типа данных, можно использовать один из классов в пространстве имен System.Collections.Generic. Универсальная коллекция обеспечивает строгую типизацию, так что в нее нельзя добавить другие типы данных.
Более подробную информацию о коллекциях см. в статье Коллекции.
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.