Массивы со статической и динамической размерностью. STL Часть 1




Массивы со статической и динамической размерностью, контейнеры STL C++ , Standard Template LibraryПрежде, чем приступать к обзору контейнерных типов библиотеки STL, разумно освежить в памяти информацию об организации массивов C и C++. Потому что контейнеры STL — это некоторые альтернативные формы организации коллекций данных, свободные от ограничений массивов.

Массивы — одна из самых используемых форм организаций данных, и исторически одна из самых первых форм, появившихся в языках программирования (языки конца 50-х годов XX века). Массив — это представление набора последовательных однотипных элементов. Принципиально важным в таком определении являются 2 момента, которые для массива должны выполняться обязательно:

  1. Каждый элемент массива нужно указать номером его местоположения в последовательности подобных элементов.

  2. Все элементы массива должны обязательно быть однотипными. Всем знакомы и понятны простейшие определения, например, целочисленных массивов: int array[100] . Но это вовсе не означает, что в массивы могут организовываться только простейшие встроенные типы языка C++. В массив могут организовываться объекты-переменные любого составного типа (класса, структуры) и степени сложности. Единственным ограничением является то, что все элементы одного массива должны быть одного типа. Например, так может описываться студенческая группа:

Массивы со статической и динамической размерностью, контейнеры STL C++ , Standard Template Library

К этому крайне важному обстоятельству — типы элементов массива — мы ещё вернёмся в дальнейшем.

Ещё со времён самых ранних языков программирования (FORTRAN и др.), на массивы накладывалось сильное ограничение: размер массива должен определяться только целочисленной константой, значение которой должно быть определено на момент компиляции кода. То же самое ограничение сохранилось и в языке C, который стал прародителем C++. Например:

Массивы со статической и динамической размерностью, контейнеры STL C++ , Standard Template Library

В C++ (в классическом, кроме стандартов последних лет!) это ограничение незначительно ослаблено до того, что размер массива может быть целочисленной константой, значение которой может вычисляться на момент компиляции кода. Например, так:

Массивы со статической и динамической размерностью, контейнеры STL C++ , Standard Template LibraryВо всех таких случаях, после определения массива размер его фиксируется и мы никак не сможем увеличить его размер (если, например, в ходе вычислений окажется, что нам не хватает этого размера). Так определенные массивы называются массивами со статически объявленным (в момент написания кода) размером.

Примечание: Из-за того, что все элементы массива располагаются последовательно (1-е правило из названных выше), для вычисления размера массива (в области его видимости) можно использовать показанный в примере трюк: размер массива равен длине всего массива, делённой на длину любого его элемента (поскольку все они одинаковые по типу).

Может показаться, что по-другому определяются массивы без указания размера, но со списком инициализирующих значений:

Массивы со статической и динамической размерностью, контейнеры STL C++ , Standard Template Library

Но это не так! Просто здесь константное значение размера объявляемого массива извлекается из списка значений, и равно, в показанном примере 5.

Единственным способом создать массив, в классических C и C++, размером в N элементов, вычисляемым в момент создания массива (на этапе выполнения) — это был способ динамического размещения массива. Которое в C и C++ делается, соответственно:

Например, так:

Массивы со статической и динамической размерностью, контейнеры STL C++ , Standard Template Library

Самые поздние стандарты (C99, C++11) внесли расширения, которые допускают создание локальных массивов в функциях с размерами, вычисляемыми при входе в функцию. При таких условиях массив будет выделен в стеке функции. Это уже весьма существенно, когда мы не можем знать наперед размер обрабатываемых данных. В качестве примера посмотрим задачу нахождения всех простых чисел, не превосходящих N (решето Эратосфена), где N задаётся при запуске программы.

Этот код мы уже обязаны компилировать с указанием стандарта C++ 2011 года (опциями или компилятора, или свойствами собираемого проекта):Массивы со статической и динамической размерностью, контейнеры STL C++ , Standard Template Library

Но даже после всех расширений, простейший массив, как форма организации набора объектов, оказывается недостаточно гибким. Главные из ограничивающих факторов:

  • Как бы не определялся размер массива (константой или вычислением в точке определения) в дальнейшем увеличить этот размер невозможно (если не угадали заранее требуемый размер, или не заложили достаточный запас).

  • По правилам C/C++ при вызове функций вместо массива в качестве параметра вместо массива передаётся указатель на его начало (адрес 1-го элемента). Это позволяет сильно повысить эффективность многих вычислительных алгоритмов, но при этом теряется информация о размере массива, и её необходимо передавать отдельным параметром. Например, если бы мы хотели формировать решето Эратосфена не в функции main(), а в отдельной функции, то мы должны были бы формировать её вызов как erastof ( a, n ).

  • Многие интуитивно простейшие операции над массивами вызывают сложности. Например: в 15-ти элементном массиве элемент под номером 10 надо вставить между элементами 2 и 3. При этом а). все элементы с 3 по 9 нужно копировать на одну позицию вправо, б). делать это можно только в нисходящем порядке от 9 к 3 и в). за всеми индексами этих операций необходимо следить в ручном режиме.

Потребности практики требовали большего, что и породило контейнеры STL (Standard Template Library).

Рассылка новых уроков по программированию:


Согласен получать уведомления от purecodecpp.com на мой e-mail

Дата
Страница
Массивы со статической и динамической размерностью. STL Часть 1
Рейтинг
5
Olej

Об авторе Olej

Стаж практических программных разработок около 40 лет. Преподаватель международной софтверной компании Global Logic. Постоянный автор публикаций IBM Developer Works. Научный редактор книжного издательства компьютерной литературы "Символ-Плюс", Санкт-Петербург.

Массивы со статической и динамической размерностью. STL Часть 1: 2 комментария

  1. В C и C++ существует правило: вместо массивов при вызове функций передаётся указатель на начало массива (это сложилось лет 40-50 назад из-за соображений эффективности тех компьютеров). Поэтому при передаче массива в функцию информация о его размере теряется.
    Традиционно массивы передаются в функцию как 2 параметра: указатель начала массива + число его элементов. Например: void func( double arr[], int size ) или void func( double *arr, int size ).

Добавить комментарий

Код размещайте в тегах: <pre class="lang:c++ decode:true ">YOUR CODE</pre>