Массивы в программировании: описание и наполнение данными

Массив – это своеобразная структура данных. Она хранит в себе набор знаний (элементов массива), которые идентифицируются по индексу или их так называемому сочетанию, принимающему целые значение из некоторого заданного промежутка. Последний должен быть обязательно непрерывным.

Массивы, которые хранят в своем составе неупорядоченные сведения – это множества. С ними знаком каждый математик. Массивы одномерного типа – это реализация абстрактного типа данных. Носит название вектора. В отдельных языках программирования соответствующий элемент кода может носить название:

• ряд;
• таблица;
• матрица;
• вектор.

Далее предстоит разобраться с тем, что собой представляют массивы в программировании. Рассмотрим в качестве примеров несколько языков программирования. Упомянутые ранее элементы в них работают со своими особенностями, хоть и примерно одинаково. Предстоит разобраться с видами, а также ключевыми нюансами каждого типа «упорядоченного множества». Также нужно будет изучить принципы заполнения массива в том или ином случае.

Разновидности

Перед началом работы с соответствующим элементом разработки нужно выяснить, каким он может быть. Различают самые разные размерности массивов. Это – количество индексов, необходимое для однозначной (конкретизированной) адресации элемента в пределах заданного «упорядоченного множества». Здесь можно выделить следующие виды:

1. Одномерные. Индекс будет всего один.
2. Двумерные. «Адресов обращения» два.
3. Три и более. Встречаются на практике крайне редко.

Огромную роль играет форма (или структура). Она представлена сведениями о количестве размерностей и размере (протяженности) массива по каждой размерностей. Может выступать в виде самостоятельного одномерного массива.

Изучаемый элемент в элементарном случае обладает константной длиной по всем размерностям, а также способен содержать данные только одного, прописанного при описании, типа. Некоторые языки разработки поддерживают так называемые динамические массивы. У них длина может корректироваться в процессе выполнения заданного программного кода.

Также есть гетерогенные массивы – хранящие в разных элементах информацию совершенно разных типов. В языках разработки принято выделять специфические массивные виды:

• ассоциативные;
• деревья отрезков;
• разреженные;
• параллельные;
• V-списки.

Одномерные массивы обладают нестрогим соответствием векторам, а двумерные – матрицам. Это – самые распространенные варианты. Именно с ними предстоит работать далее.

Индексы – общие понятия

Индекс меняется в зависимости от выбранного программистом языка разработки. Можно выделить три типа «упорядоченных множеств»:

• с отчетом с нуля;
• отсчет начинается с единички;
• отсчет от специфического значения, которое заранее задается разработчиком.

Первый вариант предусматривается преимущественно в низкоуровневых языках разработки, но и в ЯП высокого уровня тоже встречается. Пример – СИ-семейство. В некоторых языках разработки допускается определение диапазона индексов в виде произвольного диапазона значений любого типа данных, приводимого к целому. Это – набор перечислений, целых, а также символов. Логический тип данных тут тоже применяется. Такой вариант актуален для Модула-2, Ада и Паскаль.

Несколько слов о динамическом типе

Динамический массив – это «упорядоченное множество», размер которого умеет меняться по мере работы приложения. Обычные массивы носят название статистических или фиксированных

Динамические массивы реализовываются на уровне программирования, а также на уровне системных библиотек. Во втором случае он представляет собой объект стандартной библиотеки. Все манипуляции с соответствующим элементом будут проходить в пределах заданного «хранилища».

Если язык программирования поддерживает динамические массивы, в процессе создания исходного кода, в нем предусматриваются такие особенности и возможности:

1. Описание динамического массива. На уровне языка оно может быть представлено синтаксической конструкцией. В случае с библиотеками – библиотечным типом данных, значение которого устанавливается стандартным образом. При создании (описании) динамического «упорядоченного множества» нужно указать его начальный размер. Это требование не является обязательным.
2. Операции определения текущего размера динамического массива.
3. Изменение размеров заданного «упорядоченного множества».

Теперь можно рассмотреть процессы задания и заполнения массивов более подробно. Но сначала выясним, что является массивом одномерного характера.

Одномерный массив

Данный элемент программного кода встречается на практике достаточно часто. И заполнить его можно без особых затруднений. Обратите внимание на то, что у одномерных «упорядоченных множеств» обращение происходит по одному единственному индексу. Такой вариант носит название «линейного».

Одномерный массив – это конечное (или итоговое) количество однотипных элементов. Они объединяются друг с другом при помощи общего заданного имени. Каждый элемент имеет собственный порядковый номер. Обращение к ним осуществляется по имени, а также индексу (установленному порядковому номеру).

Линейным такой программный компонент называется из-за того, что в нем каждый элемент будет следовать друг за другом, напоминая линию или цепочку. «Упорядоченное множество» представляется при помощи простейшей таблицы. Она включает в себя несколько строчек:

• имеющиеся значения (их нужно предварительно задать);
• индексы элементов.

Начальный индекс зависит от выбранного языка программирования. В Pascal можно задавать его произвольно. Согласно действующим правилам разработки лучше начинать с единицы. Это упростит дальнейшую работу с рассматриваемым компонентом. Итоговый (конечный) индекс будет определяться в соответствии с имеющейся задачей. Численно он соответствует размеру заданного множества, которое отражает количество содержащихся в нем элементов.

В основном работать предстоит с числовыми массивами. Они включают в себя вещественные и целые значения. Пример – цепочка 1 2 3 4 5 6 7 8 9. Это – не только множество, но и массив.

Выше – наглядный пример соответствующего одномерного компонента.

Особенности в  C++

Рассмотрение двумерного массива – более сложная задача. Если представить себе его в математической форме, получится своеобразная матрица. На практике встречается не так часто, как одномерные варианты, поэтому более подробно их изучать пока не будем.

«Упорядоченные множества» имеют немало типовых задач. В основном они все сводятся к:

• заполнению массива информацией;
• проведению тех или иных операций с заданным «множеством»;
• выводу непосредственного результата.

Обычно после постановки задачи становится очевидной часть решения. Далее будут рассмотрены типовые ситуации, которые помогут при создании приложений в C++ и других языках.

Организация

Здесь стоит запомнить следующие принципы:

1. Память под массив может выделяться несколькими способами – динамически и автоматически.
2. Автоматический подход применяется тогда, когда размер массива известен на этапе компиляции. Это значит, что соответствующий параметр задается в момент написания исходного кода.
3. Динамическое выделение памяти актуально для ситуаций, при которых используется «упорядоченное множество данных» с неизвестным «объемом».
4. Массивы могут быть глобальными (определенными за пределами функции), а также локальными (объявленные внутри блоков кода или функций).
5. Память для локального автоматического массива будет выделяться в стеке. Из-за этого его размер должен быть небольшим. В противном случае существует риск столкновения с перегрузкой и завершением работы приложения.
6. Глобальные автоматические массивы в плане вопросов переполнения стеков являются безопасными. Но такие элементы видны всему программному коду, расположенному после объявления массивов. Это иногда провоцирует прямо применение «упорядоченных множеств», игнорируя передачу в функции при помощи параметров.

А еще для массивов с динамическим выделением памяти актуально ее распределение через так называемые кучи. Это – память, которая выделяется операционной системой для использования конкретным программным обеспечением.

Инициализация массива происходит обычно в момент его создания. Вот общая форма описания одномерного соответствующего компонента:

тип имя_массива [размер];

Эту запись надо использовать в программном коде, чтобы задать массив в C++. Соответствующая форма записи актуальна почти для всех языков программирования.

Заполнение значениями

Провести заполнение массива можно несколькими способами. Соответствующий момент напрямую зависит от условий поставленной изначально задачи. Предусматриваются такие варианты:

• путем ввода с клавиатуры;
• через генерацию случайных чисел;
• по выставленным принципам, формулам или условиям.

В некоторых задачах поддерживается чтение данных из файла. Это достаточно сложная и редкая ситуация, которую изучать более подробно не будем.

Рассматривая наглядные примеры на разных языках программирования, будем использовать разнообразные массивы информации. В Pascal для наглядности возьмем множество, которое включает в себя 5 элементов:

var i: integer

var a array [1…5]; {здесь происходит определение массива данных a, который включает в себя всего 5 элементов}

Данный код будет применяться при попытках заполнить «упорядоченное множество» теми или иными элементами в описываемых ситуациях. Это – элементарный случай, помогающий более быстро и эффективно разобраться в изучаемой тематике.

Случайные числа

Первый вариант – это использование генератора случайных чисел. Такой подход позволяет заполнять «упорядоченные множества» элементами, которые не вводятся пользователем непосредственно с клавиатуры. Достаточно распространенная ситуация.

Так выглядит процесс на примере C++:

Здесь:

1. Функция rand() будет при каждом запуске приложения генерировать одну и ту же последовательность случайных чисел.
2. Чтобы избавиться от описанного выше нюанса, нужно «разогнать» функцию при помощи начального случайного значения. На помощь приходят time() и srand().
3. Заполнение «множества» элементами случайного характера нужно организовывать непосредственно внутри цикла.

Вот – пример, в котором используется глобальный автоматический массив. Он включает в себя 10 элементов типа of integer. Интервал, в котором определяются случайные значения – от -100 до 100 включительно. Особое внимание здесь необходимо уделить включению заголовочных файлов.

В случае с Pascal ситуация будет выглядеть в виде программного кода так:

Здесь происходит заполнение изначального «упорядоченного множества» из пяти элементов случайными значениями в диапазоне от 0 (включительно) до 10. Такой подход помогает удостовериться в правильности функционирования и работоспособности имеющегося программного кода.

Ввод с клавиатуры

Всего несколько строк в приложении – и «упорядоченное множество информации» будет заполнено случайными элементами. Это – наиболее распространенная ситуация. Но иногда требуется заполнить имеющееся «множество» иначе. А именно – путем ввода значений в massiv с клавиатуры.

Для C++ такая ситуация – более сложный случай. За основу возьмем предыдущим пример. В него нужно внедрить возможность указания значений элементов массива с клавиатуры. Для этого в начало кода требуется внести заголовочный файл #include <iosteram>. Вместо инициализации случайными значениями нужно записать что-то вроде такого кода:

Метод работает неплохо, но результат будет зависеть от выбранного компилятора. Иногда он оказывается непредсказуемым. Из-за этого в C++ рекомендуется пользоваться такой формой:

В случае с Pascal все намного проще. Тут нужно использовать «стандартные» переменные (int i) и операторы цикла for.

В программном коде ввод элементов массива с клавиатуры будет иметь такой вид. Здесь n – это количество элементов в определенном «упорядоченном множестве».

Правила

Иногда в задаче есть условия, принципы, правила, а также формулы, согласно которым необходимо задавать значения элементов «множества». В этом случае подойдет иная концепция. Ее лучше рассмотреть на примере Pascal:

Тут предстоит заполнить массив квадратами натуральных чисел. Соответствующий пример актуален для большинства типовых задач. Если необходимо использование многомерного массива, лучше пользоваться оператором присваивания («=», пишется без кавычек). Особенно тогда, когда «множество» не слишком большое.

В JavaScript

JavaScript – это еще один популярный язык разработки. Он применяется преимущественно для веб-программирования и создания программного обеспечения для работы с Сетью. Тут тоже предстоит работать с «упорядоченными множествами».

Здесь для того, чтобы добавить элемент в массив, рекомендуется пользоваться такими методами:

• .push() – позволяет заполнить массив с конца, добавляется один элемент;
• .unshift() – добавление в самое начало;
• .splice() – используется для добавления одного или нескольких элементов, начиная с указанного.

Выше – фрагмент кода, который поможет лучше объяснить принцип работы соответствующих методов.

Вывод

Теперь понятно, чему равен результат описанных операций. Заполнить «упорядоченное множество» теми или иными данными обычно недостаточно для решения задачи. Результат необходимо вывести.

В C++ это делается так:

Для того, чтобы воспользоваться соответствующей операцией в Pascal, тоже придется использовать цикл. Без него задуманное действие не представляется возможным:

А это – код, который актуален для JavaScript:

Он помогает вывести содержимое в элемент массива с id = “array”.

Типовой шаблон для Pascal

Тут и здесь можно увидеть несколько шаблонов для решения типовых задач на C++ и JavaScript соответственно, связанные с массивами данных. В случае с Pascal можно задействовать всего один программный код. Выглядит он следующим образом:

Все, что останется программисту – это внести необходимые изменения в код согласно поставленной изначально задаче.

Как быстро научиться программировать

Работа с массивами и его элементами, особенно в случае с многомерным типом, не всегда является элементарной. Программисту придется изучить немало туториалов и литературы по выбранному языку программирования.

Быстрее освоить соответствующее направление помогут разнообразные видеоуроки и туториалы. Вот – наглядный пример того, как заполнить элементы «упорядоченного множества» значениями, введенными непосредственно с клавиатуры. Но такой подход отнимает много времени и сил. А еще не всегда удается найти материал, соответствующий обозначенной задаче.

Для того, чтобы освоить любой язык программирования, а также работу с элементами массивов, рекомендуется отдать предпочтение дистанционным онлайн курсам. На них пользователю гарантируют:

1. Сжатые сроки обучения. Оно отнимает от нескольких месяцев до года.
2. Возможность быстро освоить инновационные IT-профессии и совершенно любые языки программирования. Есть предложения для опытных разработчиков и новичков. Можно выбрать всего одно направление или несколько одновременно.
3. Постоянное кураторство и богатую практику. В процессе специалисты помогут ученику сформировать первое портфолио.
4. Интересные домашние задания.
5. Обучающий процесс, полностью построенный в режиме «онлайн». Лекции и вебинары можно смотреть в любое время и с совершенно разных устройств. Это помогает совмещать обучение с работой, домом, детьми и семьей.
6. Грамотно составленные программы обучения. Они учитывают все последние изменения тех или иных языков разработки.
7. Наиболее полную подачу материала. В процессе учебы пользователю пояснят не только, что значит new int, но и более сложные моменты простыми словами.

В конце клиент получит электронный сертификат, подтверждающий полученные навыки и умения.

Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!