3.2. Динамические массивы

Как выше уже отмечалось, массивы по своей организации в принципе являются статическими структурами данных, их размер сохраняется неизменным в течение всей работы программы или от момента создания до момента уничтожения. Термин «динамические» в данном случае относится к способу создания массивов. Такие массивы определяются при помощи указателей, а для их создания и удаления используются специальные процедуры, функции или операции динамического выделения и освобождения памяти. Такие операции могут использоваться для работы не только с динамическими массивами, но и с другими динамическими программными объектами, например, отдельными переменными.

int *p; // Указатель

p = new int; // Динамическая переменная знакового целого типа

float *b2 = new float (20.5); // Инициализация динамической переменной

int *p2;

p2 = new int [5]; // Динамический массив целых чисел из 5 элементов

Динамический массив отличается от обычного (автоматического, статического) еще и тем, что размер его может задаваться не только константой, но и переменной. При этом во время работы программы массив может уничтожаться, память, им занимаемая, будет освобождена, а затем указатель, при необходимости, может быть использован для организации массива. Имя такого массива останется тем же самым, но, фактически, это будет совершенно другой массив, возможно, другого размера и расположенный в другой области памяти.

delete p; // Удаление динамической переменной

delete b2;

delete [] p2; // Удаление динамического массива (освобождение памяти)

При удалении динамического массива указание квадартных скобок обязательно (они могут быть пустыми в большинстве случаев). Иначе будет освобождена память, занимаемая только начальным элементоа этого массива, а остальная память останется занятой и к ней не будет доступа («утечка памяти»). Если указатель, используемый в операции delete, адресует не начало блока, выделенного операцией new, то последствия операции delete могут быть непредсказуемы. Если указатель содержит значение NULL, то delete не выполняет никаких действий.

int size = 40;

p2 = new int [size]; // Пересоздание нового массива с тем же именем

Динамический массив в языке Си++ имеет дескриптор, недоступный для программиста, но необходимый для правильной работы операции освобождения памяти. Именно поэтому квадратные скобки при удалении массива могут указываться пустыми.

Динамические массивы, в отличие от обычных, не могут быть инициализированы.

Массив символов может быть инициализирован строковой константой.

char vls2[] = "2nd very long string.\n";

3.3. Многомерные массивы

В языках Си/Cи++ считается, что массивы имеют только одну размерность. Многомерные массивы представляются массивами указателей на массивы (или массивами массивов).

Двумерные массивы как структуры данных на логическом уровне представляются матрицей значений. Массивы большей размерности представляются параллелепипедом (или набором матриц), «гиперпараллелепипедом» (набором наборов матриц) и т.д. В этой связи такие подобные струкутры данных иногда называют прямоугольными. Поскольку память ЭВМ представляет собой линейную (т.е., фактически, одномерную) последовательность ячеек с уникальными адресами, то на физическом уровне существует сложность представления массивов с размерностью большей единицы. Такие массивы представляются массивами одномерных массивов, фактически, массивами указателей на одномерные массивы.

В случае двумерного массива, т.е. матрицы, в каждом одномерном массиве такого массива указателей на массивы хранятся элементы столбцов или строк матрицы. Выбор столбцов или строк определяется языком программирования. Для языков Си/Си++ это будут строки. Для трехмерного массива параллелепипед раскладывается на слои, каждый из которых является матрицей. Реально, слой – это указатель на матрицу, все слои – массив указателей на матрицы. В свою очередь, матрица – массив указателей на векторы. Таким образом, для доступа к элементам многомерных (и одномерных) массивов могут использоваться указатели. Такой способ доступа будет рассмотрен позже.

В языке Си++ многомерные массивы определяются следующим образом.

int foxtrot[5][20];

Элементы 2-мерного массива хранятся по строкам, т.е. если проходить по ним в порядке их расположения в памяти, то быстрее всего изменяется крайний правый индекс. То же справедливо и для массивов большей размерности.

При инициализации многомерных массивов соблюдаются те же соглашения, что и при инициализации одномерных массиво, за исключением того, что можно не указывать размер только по первой (самой левой) размерности:

int b[][2]={{1,2},{3,4},{5,6}}; // b[3][2]

Если заданы все значения, то внутренние { } скобки могут отсутствовать.

int c[][2]={1,2,3,4,5,6};

int d[][2]={{1},{2},{3}};

Имя любого массива, как одно-, так и многомерного, само по себе является адресом начального (т.е. нулевого) элемента этого массива и, одновременно, константой. Т.е. константным указателем.

foxtrot ~ &foxtrot[0][0]

В таком качестве имя массива может использовать везде, где использовался бы константный указатель. Единственным исключением является использование имени массива в операции sizeof. Результатом операции в этом случае будет число байт, занимаемых всем массивом, а не указателем.

Многомерный динамический массив может быть создан по крайней мере двумя способами. Первый способ:

char (*ram1)[512]; // Указатель на символьный массив из 512 элементов

int SizeY = 40;

ram1 = new char [SizeY][512]; // Двумерный динамический символьный массив

В этом способе обязательно должен использоваться указатель на массив (1-, 2- или многомерный, в зависимости от конечной размерности) и только первый (самой левый) размер создаваемого массива может быть задан при помощи переменной.

long (*lp) [3][4];

lp = new long[2][3][4];

Удаляются такие динамические массивы также, как одномерные:

delete [] ram1;

delete [] lp;

Второй способ является более гибким и допускает использование переменных по всем размерностям.

int height = 256, width = 512; // Высота и ширина матрицы

unsigned char **ram; // Указатель на указатель (для 2-мерного массива)

ram=new unsigned char *[height]; // Создание 1-мерного массива указателей

int i;

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

ram[i] = new unsigned char[width]; // Создание строк-одномерных массивов

Каждый одномерный массив-строка можнт быть неодинакового размера.

Удаление двумерного динамического массива, созданного таким способом, выполняется следующим образом:

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

delete[] ram[i];

delete [] ram;