Основы С++ (массивы, указатели). Задачи с массивами

Основы программирования на
C++
Максименкова Ольга Вениаминовна
Старший преподаватель Департамента программной инженерии
Факультета компьютерных наук
© Максименкова О.В., Незнанов А.А., ДПИ и ДАДиИИ
ФКН НИУ ВШЭ
128.06.2016

Цели занятия
2
Рассмотреть
• Массивы в языке С++
• Указатели в языке С++
• Связь между массивами и указателями
• Массивы и указатели как параметры функций
• Некоторые алгоритмы сортировки массивов
Попрактиковаться
• В реализации алгоритмов на языке C++
28.06.2016

Производные типы
данных
Массивы
Указатели
328.06.2016

Массивы
4
int arr[]; // нельзя определить массив без размера
тип имя_массива[константое_выражение]
int arr[10]; // определён массив из 10 элементов
for (int i = 0; i < 10; i++) {
cout << arr[i] << " ";
cout << arr + i << "n";
}
-858993460 000000308B0FFCA8
-858993460 000000308B0FFCAC
-858993460 000000308B0FFCB0
-858993460 000000308B0FFCB4
-858993460 000000308B0FFCB8
-858993460 000000308B0FFCBC
-858993460 000000308B0FFCC0
-858993460 000000308B0FFCC4
-858993460 000000308B0FFCC8
-858993460 000000308B0FFCCC
28.06.2016

Инициализация элементов массива
5
int arr[10];
for (int i = 0;i < 10;i++) {
arr[i] = 0;
cout << arr[i] << " ";
}
short shArr[10];
shArr[0] = 1;
for (int i = 1; i < 10; i++) {
shArr[i] = shArr[i-1]*i;
cout << i << " " << shArr[i] << " ";
cout << shArr + i << "n";
}
0 00000019F88FFA38
0 00000019F88FFA3C
0 00000019F88FFA40
0 00000019F88FFA44
0 00000019F88FFA48
0 00000019F88FFA4C
0 00000019F88FFA50
0 00000019F88FFA54
0 00000019F88FFA58
0 00000019F88FFA5C
1 1 000000A7C63AFA9A
2 2 000000A7C63AFA9C
3 6 000000A7C63AFA9E
4 24 000000A7C63AFAA0
5 120 000000A7C63AFAA2
6 720 000000A7C63AFAA4
7 5040 000000A7C63AFAA6
8 -25216 000000A7C63AFAA8
9 -30336 000000A7C63AFAAA
Переполнение типа
28.06.2016

Темная сторона скрывает все.
Невозможно будущее предвидеть нам ©
6
C++ Accesses an Array out of bounds gives no error, why?[http://stackoverflow.com/questions/1239938/c-accesses-an-
array-out-of-bounds-gives-no-error-why]
// заполним массив десятью
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i] = i;
cout << arr[i] << " ";
}
system("pause");
return 0;
28.06.2016

Основные задачи обработки массивов
• Заполнение и считывание в определённом порядке
• Упорядочение элементов по их значениям
• Сортировка на месте (в том же массиве)
• Создание оглавления (индексный массив)
• Алгоритмы переупорядочивания по оглавлению
• Информационный поиск
• Линейный поиск по совпадению
• Бинарный поиск по совпадению или по близости
• Поиск экстремумов
728.06.2016

Случайные числа в C++
8
Сделаем работу с массивами удобнее. Будем заполнять их
случайными числами
// получение случайного числа из диапазона от A до B
int A = 10, B = 11;
cout << "Random value " << A + rand() % (B - A + 1) << "n";
// заполним массив
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i] = rand() % 100; // значение от 0 до 99
cout << arr[i] << " ";
}
Array_Snippets_02
Массив будет заполнен, но при перезапуске программы числа
изменяться не будут
// инициируем рандомизацию чисел
srand(time(0));
28.06.2016

Заполнение массива случайными числами
9
#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;
int main() {
// инициируем рандомизацию чисел
srand(time(0));
cout << "RAND_MAX = "<< RAND_MAX << "n"; // значение константы RAND_MAX
// получение случайного числа из диапазона от A до B
int A = 10, B = 11;
cout << "Random value " << A + rand() % (B - A + 1) << "n";
// случайное вещественное значение (0, 1)
cout << "Random double " << (double)rand() / RAND_MAX << "n";
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i] = rand() % 100; // значение от 0 до 99
cout << arr[i] << " ";
}
return 0;
}
Генератор случайных чисел rand() в С++(http://cppstudio.com/post/339/)
Новые генераторы случайных чисел(ГСЧ) из С++11 (http://www.quizful.net/post/random-number-generation-in-cpp11)
28.06.2016

Указатели
10
тип *имя_указателя int *ptr1;
double *ptr2;
Операция
разыменовывания
тип *имя_указателя = инициализирующее_выражение;
тип *имя_указателя (инициализирующее_выражение);
Описание переменной с типом указателя
Формы записи инициализатора
double x = 3;
int *ptr1(nullptr);
double *ptr2;
ptr2 = &x; // указатель связан с адресом x
28.06.2016

11
double x = 3;
int *ptr1(nullptr);
double *ptr2;
*ptr2 = 44; // Не компилируется. Почему?
cout << *ptr2;
double x = 3;
int *ptr1(nullptr);
double *ptr2;
*ptr1 = 44; // Так компилируется, но тоже не работает
double x = 3;
int *ptr1(nullptr);
double *ptr2;
ptr2 = &x; // указатель связан с адресом x
cout << *ptr2; // получение значение по адресу
28.06.2016

Операции над указателями. Арифметика
указателей
12
int x;
int *ptr = &x;
cout << ptr << " " << ptr++ << "n";
cout << ptr - 2 << "n";
cout << ptr + sizeof(int) * 4 << "n";
0076FDD8 0076FDD4
0076FDD0
0076FE18
• операция разыменования (*)
• приведение типов
• присваивание
• получение адреса (&)
• аддитивные операции
• инкремент/декремент
• операции сравнения
28.06.2016

Массивы и указатели
13
for (int i = 0;i < 10;i++) {
arr[i] = i;
cout << arr[i] << " ";
}
cout << "nExperiments!!!n";
for (int i = 0;i < 10;i++) {
*(arr + i) = 9 - i;
cout << arr[i] << " ";
}
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Experiments!!!
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
char *str = "ABCDEFGH";
int i = 0;
while (*(str + i)) { // <=> *(x+i)!='0'
cout << str[i++] << "n";
}
Строки – это массивы символов
int i = 0;
cout << ++str;
cout << strlen(str);
28.06.2016

Почувствуйте разницу
14
10 14 -8 23 0 1 43 7 89
*(arr++)
arr[1]
arr смещён (содержит новый адрес) на (размер int) байт
и разыменован
К адресу начала массива arr прибавляется 1 * (размер int), затем к
адресу начала массива arr прибавляется 2 * (размер int)
arr++arr arr++
arr *(arr+1) *(arr+2)
arr[2]
28.06.2016

Перебор элементов массива в
обратном порядке
15
srand(time(0));
int arr[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i] = rand() % 100;
cout << arr[i] << " ";
}
// используем курсор
int* curr = arr + 9;
cout << endl;
for (int i = 0; i < 10; i++)
cout << *curr-- << " ";
C++ pointer arithmetic[http://www.tutorialspoint.com/cplusplus/cpp_pointer_arithmatic.htm]
ArrayPointers_01
Pointers and arrays[http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/6-8-pointers-and-arrays/]
28.06.2016

Алгоритмы работы с
массивами
Поиск
Сортировки
1628.06.2016

Сортировки
• Сортировка [sorting] –
упорядочение набора некоторых
объектов по некоторому критерию
• Обычно критерий является
формализаций отношения на ключах
элементов
• Сортировку можно выполнять путём
физического перемещения исходных
данных, а можно построить
оглавление
17
Sedgewick, Wayne. Algorithms, 4-th ed.
28.06.2016

Сортировка вставками: шаг 1
18
10 7 -34 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
10 10 -34 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
Сдвиг вправо
7 10 -34 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
Размещение
28.06.2016

19
7 10 -34 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
7 7 10 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
-34 7 10 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
28.06.2016

20
-34 7 10 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
Выбор элемента
-34 7 7 10 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
-34 0 7 10 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
И так далее…
28.06.2016

Сортировка вставками: реализация
21
void insertionSort(int a[], int n) {
for (int i = 1; i < n; i++) {
// Левее i-ого элемента массив отсортирован
int k = a[i]; // Запоминаем, потому что затрем сдвигом
int j = i - 1;
while (j >= 0 && a[j] > k) {
// Двигаем все элементы, больше k
a[j + 1] = a[j];
j--;
}
a[j + 1] = k; // Ставим k на место
}
}
Модифицировать сортировку. Минимальный элемент массива
предварительно установить на первую (с нулевым индексом) позицию. Как
изменится код? Реализуйте модификацию на семинарах.
28.06.2016

Оглавление и его использование
• Оглавление (индексный массив) [index array] – массив курсоров,
то есть индексов элементов некоторой последовательности
• Отметим, что часто (например, в теории баз данных) оглавление
называют «индексом», что приводит ещё к одной терминологической
путанице
• Использование оглавления основано на косвенной адресации
исходных данных:
• Вместо 𝐴[𝑖] пишем 𝐴[𝑹𝒆𝑴𝒂𝒑[𝒊]], где 𝑅𝑒𝑀𝑎𝑝[𝑖] – индекс элемента,
который должен стоять на месте 𝑖 в соответствии с оглавлением 𝑅𝑒𝑀𝑎𝑝
2228.06.2016

Напоминание: Индексные массивы
23
10 7 -34 0 18 -2 23
0 1 2 3 4 5 6
2 5 3 1 0 4 6
0 1 2 3 4 5 6
Исходный
массив A
Массив индексов (B)
для хранения
сортированного
представления
Как получить значение элемента в массиве А по элементу из массива B?
28.06.2016

Пример: переупорядочение по
оглавлению за линейное время
void ReMapSource(double* arrSource, int* arrReMap, int Len) {
// AReMapArr – массив курсоров, он будет испорчен…
int i, OldPlace, NewPlace;
double TmpElem;
for (int i = 0; i < Len-1; i++) {
NewPlace = arrReMap[i];
if (NewPlace == i) continue; // Если попалась неподвижная точка
OldPlace = i;
TmpElem = arrSource[i]; //Двигаем цикл перестановки:
do {
arrSource[OldPlace] = arrSource[NewPlace];
OldPlace = NewPlace;
NewPlace = arrReMap[OldPlace];
arrReMap[OldPlace] = OldPlace; //Фиксируем факт перемещения
} while (NewPlace != i);
arrSource[OldPlace] = TmpElem; //Завершаем двигать цикл
};
};
24
Здесь полезна трассировка, сделаем её на семинарах
28.06.2016

Пример: бинарный поиск по
совпадению
int binarySearch(int* arr, int arrLen, int seekingValue) {
int index = -1; // индекс найденного элемента
for (int i = 0, j = arrLen - 1, k = j % 2; i <= j;
k = (i + j) / 2) {
if (arr[k] == seekingValue) {
index = k; break; // нашли - прерываем цикл
} else {
if (seekingValue > arr[k]) i = k + 1;
else j = k - 1;
}
}
return index;
}
2528.06.2016

Массивы и функции
26
#include <iostream>
void changeArray(int[]);
int main() {
int ar[] = { 1,2,3,4 };
cout << *ar << *ar + 1 << *ar + 2 << *ar + 3;
cout << "n";
changeArray(ar);
cout << ar[0] << ar[1] << ar[2] << ar[3];
cout << "n";
cout << *ar << *ar + 1 << *ar + 2 << *ar + 3;
return 0;
}
void changeArray(int ar[]) {
ar[0] = ar[3];
}
Передача массива в функцию и немного подозрительного кода
28.06.2016

Модификация с указателем
27
#include <iostream>
void changeArray(int*);
int main() {
int ar[] = { 1,2,3,4 };
cout << *ar << *(ar + 1) << *(ar + 2) << *(ar + 3);
cout << "n";
changeArray(ar);
cout << *ar << *(ar + 1) << *(ar + 2) << *(ar + 3);
return 0;
}
void changeArray(int* ar) {
ar[0] = ar[3];
}
28.06.2016

Многомерные массивы
28
тип имя_массива[К1][K2]...[KN];
массив, элементами которого служат массивы
#include <iostream>
const int N = 3;
const int M = 5;
const int K = 7;
int main() {
int multiArr[N][M][K]; // трёхмерный массив
return 0;
}
К всему прочему, мы можем описать массив указателей
28.06.2016

29
#include <iostream>
const int N = 3;
const int M = 5;
const int K = 7;
int main() {
int multiArr[N][M][K] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
for (int i = 0; i < N; i++)
for (int j = 0; j < M; j++)
for (int k = 0; k < K; k++)
cout << multiArr[i][j][k] << " ";
return 0;
}
int multiArr[N][M][K] = { {1,2,3},{4,5},{6,7,8} };
Что изменится?
28.06.2016

Многомерные массивы и указатели
30
const int N = 2;
const int M = 2;
const int K = 2;
int multiArr[N][M][K] = { {1,2},{3,4},{5,6}};
int multiArr[N][M][K] = { {1,2},{3,4} };
#include <iostream>
const int N = 2;
const int M = 2;
int main() {
int multiArr[N][M] = { {1,2},{3,4} };
cout << *multiArr << "n";
cout << **multiArr << "n";
return 0;
}
*(*(multiArr + 1)) + 1 **multiArr + 1
28.06.2016

Многомерные массивы с C++:
проблемы
• Очень серьёзная проблема! В данном случае гибкость языка с кучей
«синтаксического сахара» очень мешает школьникам…
• Многие источники, даже ориентированные на обучение, дают очень
странные советы (называется – «Плодим уродцев»)
• Например: Two Dimensional Array (http://www.cppforschool.com/tutorial/array2.html)
1. void print(int A[][3], int N, int M) {
2. for (R = 0; R < N; R++)
3. for (C = 0; C < M; C++)
4. cout << A[R][C];
5. }
31
Константа!!! А без неё не получалось…
Кто ответит –
почему?
28.06.2016

Многомерные массивы в С++:
решения
• Выхода всего два:
1. Массив указателей на массивы
2. Класс-обёртка для одномерного массива:
• При этом создание класса может сделать работу с ним
практически неотличимой от «обычного» массива
3228.06.2016

Пример: динамический двумерный
массив в С++11
• const auto RowCount = 2;
• const auto ColCount = 3;
• auto array = new double[RowCount][ColCount]; // Выделяем память
• // Заполняем массив
• for (int r = 0; r < RowCount; r++) {
• for (int c = 0; c < ColCount; c++) {
• array[r][c] = (r + 1)*(c + 1);
• };
• };
• // Распечатываем массив
• for (int r = 0; r < RowCount; r++) {
• for (int c = 0; c < ColCount; c++) {
• cout << array[r][c] << " ";
• };
• cout << endl;
• }
• cout << endl;
• delete[] array; // Удаляем массив
33
А вот и часть ответа
на предыдущий вопрос
28.06.2016

Пример: шаблонный класс двумерного
массива – вполне рабочая заготовка
1. template <typename T>
2. class MyMatrix {
3. size_t _rows;
4. size_t _columns;
5. std::unique_ptr<T[]> data; // Данные как одномерный массив
6. public:
7. MyMatrix(size_t rows, size_t columns)
8. : _rows{ rows }, _columns{ columns }, data{ nullptr } {
9. data = std::make_unique<T[]>(rows * columns);
10. } // Конструктор
11. size_t rows() const {return _rows;} // Число строк
12. size_t columns() const {return _columns;} // Число столбцов
13. T * operator[](size_t row) {
14. return row * _columns + data.get();
15. } // Индексатор
16. };
3428.06.2016

Обсуждение примеров с двумерными
массивами
• Класс из предыдущего примера можно использовать для замены
обычного двумерного массива,
только теперь можно делать размеры не константами!
• Было:
1. const auto RowCount = 2;
2. const auto ColCount = 3;
3. auto array = new double[RowCount][ColCount];
• Стало:
1. int RowCount = 3;
2. int ColCount = 4;
3. MyMatrix<double> MM(RowCount, ColCount);
3528.06.2016

Решаем задачи. Массивы
1. В целочисленном массиве А определить и вывести на экран
«расстояние» между первым вхождением минимального и первым
вхождением максимального элементов. Расстояние между элементами
A[i] и A[j] – количество элементов между ними.
2. По массиву целочисленному массиву A сформировать вещественный
массив B, содержащий абсолютные значения отклонений элементов
массива A от среднего значения элементов массива.
3. Выполнить некольцевой сдвиг всех элементов массива на K позиций
вправо.
4. Из целочисленного массива удалить все отрицательные элементы со
сдвигом влево.
5. Выполнить кольцевой сдвиг элементов вещественного массива на K
позиций влево.
6. По целочисленному массиву A сформировать индексный массив B для
хранения сортированного представления массива A.
3628.06.2016

37
Спасибо за внимание!
Максименкова Ольга Вениаминовна
Старший преподаватель Департамента программной инженерии, ФКН
E-mail: omaksimenkova@hse.ru
Blog: Stop To Scale (http://stoptoscale.blogspot.ru)
28.06.2016

Основы С++ (массивы, указатели). Задачи с массивами

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (12)

Similar to Основы С++ (массивы, указатели). Задачи с массивами

Similar to Основы С++ (массивы, указатели). Задачи с массивами (20)

More from Olga Maksimenkova

More from Olga Maksimenkova (16)

Основы С++ (массивы, указатели). Задачи с массивами