Массивы

/* массива в памяти и  изменится начальный элемент  */

 q[6]=2.5; /* - это второй элемент */

 q[7]=3.5; /* - это третий элемент */

q+=5;

/* теперь начальный элемент  вновь имеет индекс 0, */

/* а значения элементов  q[0], q[1], q[2] равны */

/* соответственно 1.5, 2.5, 3.5 */

q+=2;

/* теперь начальный элемент  имеет индекс -2, */

/* следующий -1, затем 0 и т.д. по порядку */

 q[-2]=8.2;

 q[-1]=4.5;

q-=2;

/* возвращаем начальную  индексацию, три первых */

/* элемента массива q[0], q[1], q[2], имеют */

/* значения 8.2, 4.5, 3.5 */

 q--;

/* вновь изменим индексацию . */

/* Для освобождения области  памяти в которой размещен */

/* массив q используется функция free(q), но поскольку */

/* значение указателя  q смещено, то выполнение */

/* функции free(q) приведет к непредсказуемым последствиям. */

/* Для правильного выполнения  этой функции */

/* указатель q должен быть возвращен в первоначальное */

/* положение */

 free(++q);

/* Рассмотрим возможность  изменения индексации и */

/* освобождения памяти  для двумерного массива */

 b=(float **)calloc(m,sizeof(float *));

for (i=0; i < m; i++)

b[i]=(float *)calloc(n,sizeof(float));

 /* После распределения памяти начальным элементом */

/* массива будет элемент  b[0][0] */

/* Выполним сдвиг индексов  так, чтобы начальным */

 /* элементом стал элемент b[1][1] */

for (i=0; i < m ; i++) --b[i];

 b--;

/* Теперь присвоим каждому  элементу массива сумму его  */

 /* индексов */

for (i=1; i<=m; i++)

for (j=1; j<=n; j++)

b[i][j]=(float)(i+j);

 /* Обратите внимание на начальные значения счетчиков */

/* циклов i и j, он начинаются с 1 а не с 0 */

/* Возвратимся к прежней  индексации */

 for (i=1; i<=m; i++) ++b[i];

 b++;

/* Выполним освобождение памяти */

for (i=0; i < m; i++) free(b[i]);

free(b);

 ...

...

 return 0;

}

В качестве последнего примера  рассмотрим динамическое распределение  памяти для массива указателей на функции, имеющие один входной параметр типа double и возвращающие значение типа double.

Пример:

#include

#include

double cos(double);

double sin(double);

double tan(double);

int main()

{ double (*(*masfun))(double);

double x=0.5, y;

int i;

masfun=(double(*(*))(double))

calloc(3,sizeof(double(*(*))(double)));

masfun[0]=cos;

masfun[1]=sin;

masfun[2]=tan;

for (i=0; i<3; i++);

{ y=masfun[i](x);

printf("\n x=%g y=%g",x,y);

 }

 return 0;

}

Элементом массива может  быть в свою очередь тоже массив. Таким образом, мы приходим к понятию  двумерного массива или матрицы. Описание двумерного массива строится из описания одномерного путем добавления второй размерности, например:

int a[4][3];

Анализ подобного описания необходимо проводить в направлении  выполнения операций [], то есть слева направо. Таким образом, переменная a является массивом из четырех элементов, что следует из первой части описания a[4]. Каждый элемент a[i] этого массива в свою очередь является массивом из трех элементов типа int, что следует из второй части описания.

Для наглядности двумерный  массив можно представить в виде таблицы с числом строк, равным первому  размеру массива, и числом столбцов, равным второму размеру массива, например:

Массива

Столбец 0         

Столбец 1

Столбец 2

Строка 0

18

21

5

Строка 1           

6

7

11

Строка 2

30

52

34

Строка 3           

24

4

67

Имя двумерного массива без  квадратных скобок за ним имеет значение адреса первого элемента этого массива, то есть значение адреса первой строки - одномерного массива из трех элементов. При использовании в выражениях тип имени двумерного массива  преобразуется к типу адреса строки этого массива. В нашем примере  тип имени массива a в выражениях будет приведен к типу адреса массива из трех элементов типа int и может использоваться во всех выражениях, где допускается использование соответствующего адреса.

Имя двумерного массива с  одним индексным выражением в  квадратных скобках за ним обозначает соответствующую строку двумерного массива и имеет значение адреса первого элемента этой строки. Например, в нашем случае a[2] является адресом величины типа int, а именно ячейки, в которой находится число 30, и может использоваться везде, где допускается использование адреса величины типа int.

Имя двумерного массива с  двумя индексными выражениями в  квадратных скобках за ним обозначает соответствующий элемент двумерного массива и имеет тот же тип. Например, в нашем примере a[2][1] является величиной типа int, а именно ячейкой, в которой находится число 52, и может использоваться везде, где допускается использование величины типа int.

В соответствии с интерпретацией описания двумерного массива (слева-направо) элементы последнего располагаются в памяти ЭВМ по строкам.

Инициализация двумерного массива  также проводится по строкам, например, для того чтобы получить вышеописанный  массив a, можно было бы провести следующую инициализацию

int a[][3] = {

{ 18, 21, 5 },

{ 6, 7, 11 },

{ 30, 52, 34 },

{ 24, 4, 67 }

};

Здесь первый размер массива  будет определен компилятором. Следует  отметить, что второй размер массива  должен быть всегда указан. Это необходимо для того, чтобы сообщить компилятору  размер строки массива, без которого компилятор не может правильно разместить двумерный массив в памяти ЭВМ.

Для инициализации двумерного массива символов можно использовать упрощенный синтаксис инициализации  строк:

char s[][17] = {

"Строка 1",

"Длинная строка 2",

"Строка 3"

}

Размер памяти заказанный под каждую строку в этом случае должен быть равным длине самой длинной строки с учетом нуль-символа. При этом, для части строк (строка 1 и строка 3) будет выделено излишнее количество памяти. Таким образом, хранение строк различной длины в двумерном массиве символов недостаточно эффективно с точки зрения использования памяти.

Ввод двумерного массива  осуществляется поэлементно с помощью  двух вложенных циклов. Следующий  фрагмент программы предназначен для  ввода по строкам двумерного массива  элементов типа double размером n строк на m столбцов

for (i=0; i<n; i++)

 for (j=0; j<m; j++)

{

 printf("a[%d][%d] = ", i, j);

 scanf ("%lf", &a[i][j]);

 }

Для ввода массива по столбцам достаточно поменять местами строки программы, являющиеся заголовками  циклов.

Вывод такого же двумерного массива иллюстрирует следующий  фрагмент:

for (i=0; i<n; i++)

{

 for (j=0; j<m; j++) printf ("%9.3lf ", a[i][j]);

 printf("\n");

}

В данном фрагменте после  вывода очередной строки массива  осуществляется переход на следующую  строку дисплея.

В языке Си допускается  использовать не только двумерные, но и трехмерные, четырехмерные и  т. д. массивы. Их использование ничем  принципиально не отличается от использования  двумерных массивов, однако на практике они применяются значительно  реже.

 

Индексный массив

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 JavaScript, PHP, Ruby применяются также ассоциативные массивы, в которых переменные не обязаны быть однотипными,

и доступ к ним не обязательно  осуществляется по индексу.

Общее описание

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.

 Пример статического  массива на Паскале -

 word Array : array [Word] of Integer; { Статический, размер = High(Word) + 1 }

 multi Array : array [Byte, 1..5] of Char; { Статический массив, 2 измерения }

 rang e Array : array [5..20] of String; { Статический массив, размер = 16 }

 Пример статического  массива на С/С++ -

 int Array[10]; // Статический, размер 10, базовый тип данных - целое число (int)

 double Array[12][15]; // Статический массив, 2 измерения, базовый тип данных - число// с дробной частью (double)

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).

 Объявление типа «массив»  в Паскале -

 type

T Array Type = array [0..9] of Integer; (* Объявления типа "массив" *)

 var

arr1, arr2, arr3: TArrayType; (* Объявление трёх переменных-массивов одного типа *)

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

 byte Array : Array of Byte; // Одномерный массив

 multi Array : Array of Array of string; // Многомерный массив

Пример динамического  массива на Си

 float *array1; // Одномерный массив

 int **array2; // Многомерный массив

array1=(float*)malloc(10*sizeof(float)); // выделение 10 блоков по sizeof(float)байт каждый

array2=(int**)malloc(16*sizeof(int *)); // выделение 16*8 блоков по sizeof(int) байт каждый

 for(i=0;i<16;i++)

 array2[i]=(int*)malloc(8*sizeof(int));

Пример динамического  массива на С++

 float *array1; // Одномерный массив

 int **array2; // Многомерный массив

array1=new float[10]; // выделение 10 блоков размером типа float

array2=new int*[16]; // выделение 16*8 блоков размером типа int

 for(int i=0;i<16;i++)

array2[i]=new int[8];

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. Гетерогенный массив как встроенный тип данных присутствует в языке PHP.

 

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:

Под массив выделяется непрерывный  блок памяти объёмом S*m1*m2*m3…mn, где S — размер одного элемента, а m1…mn — размеры диапазонов индексов (то есть количество значений, которые может принимать соответствующий индекс).

При обращении к элементу массива A[i1, i2, i3, … in] адрес соответствующего элемента вычисляется как B+S*(i1p*m1+i2p*m2+…+i(n-1)p*mn-1+inp), где B —

27

база (адрес начала блока  памяти массива), ikp-значение k-го индекса, приведённое к целому с нулевым  начальным смещением.

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 программирования С.

Более сложные типы массивов — динамические и гетерогенные —  реализуются сложнее.

 

Достоинства

легкость вычисления адреса элемента по его индексу (поскольку  элементы массива располагаются  один за другим)

одинаковое время доступа  ко всем элементам

малый размер элементов: они  состоят только из информационного  поля

 

Недостатки

для статического массива  — отсутствие динамики, невозможность  удаления или добавления элемента без  сдвига других

для динамического и/или  гетерогенного массива — более  низкое (по сравнению с обычным статическим) быстродействие и дополнительные накладные расходы на поддержку динамических свойств и/или гетерогенности.

при работе с массивом в  стиле C (с указателями) и при отсутствии дополнительных средств контроля —  угроза выхода за границы массива  и повреждения данных

 

Заключение

На данный момент мировая  компьютерная индустрия развивается  очень стремительно .Производительность систем возрастает, а следовательно возрастают возможности обработки больших объёмов данных. Операционные системы класса MS-DOS уже не справляются с таким потоком данных и не могут целиком использовать ресурсы современных компьютеров .Поэтому она больше нигде широко не используется. Все стараются перейти на более совершенные ОС,какими являются UNIX и Windows. Но из-за “непопулярности “ , UNIX мало кто использует этот ОС. Во всем мире все, начиная от домохозяек и заканчивая корпоративными пользователями, пользуются Windows 9x.