Одномерные массивы
Массив – это простейший составной тип данных. Когда мы обсуждали переменные, у нас была хорошая аналогия с коробкой. Вернёмся к ней. Если переменная – это один ящик, то массив – это несколько пронумерованных одинаковых ящиков, которые имеют одно и то же имя, а различаются между собой только порядковым номером.
Рис.1 Переменные и массивы. Аналогия с коробками.
На картинке выше изображено три массива:
- целочисленный массив из 8 элементов с именем arr_int
- вещественный массив из 11 элементов с именем arr_float
- символьный массив из 6 элементов с именем arr_char
У массива, как и у переменной, имеются свои имя и тип данных. Кроме того, у массива ещё есть одна дополнительная характеристика – размер массива. Размер массива – количество элементов, которые могут в нём храниться. В нашей аналогии с коробочками это количество коробок.
Нумерация элементов массива начинается с нуля, а не с единицы.
Объявление и инициализация массива
Объявление массива очень похоже на объявление переменной. Отличие лишь в том, что следует дополнительно указать размер массива в квадратных скобках. Вот несколько примеров:
На имя массива накладываются ограничения, аналогичные тем, которые накладываются на имя переменной.
Правило именования массивов
Имя массива – любая последовательность символов, цифр и знака нижнего подчеркивания «_», которая начинается с буквы. Регистр букв важен.
Вот ещё несколько примеров объявления массивов:
Массиву, как и любой переменной, можно присвоить начальные значения при объявлении. Если элементам массива не присвоить никакого значения, то в них будет храниться мусор, как и в обычных переменных.
Если нужно присвоить нулевые значения всем элементам массива, то можно сделать вот так:
Работа с отдельными элементами массива
Чтобы обратиться к отдельному элементу массива, необходимо написать его имя и порядковый номер в квадратных скобках. Не забывайте, что нумерация начинается с нуля, а не с единицы.
Давайте, например, выведем элементы массива из пяти элементов на экран.
Конечно, если массив будет очень большой, то выводить его поэлементно подобным образом то ещё удовольствие. Да и с маленькими массивами так никто не делает. Лучше и правильнее использовать циклы. Например:
Программа в первом цикле сохраняет в массив первую сотню чётных чисел, а во втором цикле выводит их на экран.
Вооружившись новыми инструментами, давайте перепишем нашу программу из начала урока так, чтобы она использовала массив для хранения статистики выпадения случайных чисел.
Обратите внимание на приём, который используется в этой программе.
В нулевом элементе массива хранится количество выпадений числа 0 , в первом элементе – количество выпадений числа 1 , во втором элементе – числа 2 . То есть само сгенерированное число позволяет определить, к какому элементу массива необходимо добавить единичку. Поэтому необходимость в операторе выбора switch отпадает. Удобно, не так ли?
Сохрани в закладки или поддержи проект.
Практика
Решите предложенные задачи:
Для удобства работы сразу переходите в полноэкранный режим 
Вывод массива в Си
Вывод массива в Си — это программа, которая осуществляет вывод содержимого массива на экран дисплея.
Введение
Если переменная это одна ячейка в памяти компьютера для хранения одного значения, то под массивом понимается зона памяти, в которой сохраняются в последовательном порядке несколько значений. Рассмотрим конкретный пример. Есть группа студентов, состоящая из девяти учащихся. Каждый имеет свою фамилию, которую необходимо сохранить в памяти компьютера. Объявлять для каждой фамилии свою переменную не очень рационально, поэтому лучше создать массив, в котором хранить все фамилии студентов. Например, это можно сделать так:
Создание массива аналогично заданию простой переменной. Чтобы сохранить десять фамилий, требуется массив, который состоит из десяти компонентов. Число компонентов массива указывается при его объявлении и помещается в квадратные скобки. Для описания компонентов массива прямо при его объявлении, необходимо применять фигурные скобки. Внутри фигурных скобок обозначения компонентов массива указываются через запятую. После последней фигурной скобки должна стоять точка с запятой.
Вывод массива на монитор
Вывод содержимого массива на экран можно сделать при помощи оператора cout:
Рисунок 1. Программа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Но если запустить приведённую выше программу три раза, то получим следующие результаты:
Первый запуск программы: 0x7ffff8b87820
Второй запуск программы: 0x7fff7a235f90
Третий запуск программы: 0x7ffff852eb40
То есть вместо фамилий студентов на экран выводятся адреса созданного массива. Объясняется это тем, что при формировании переменной, для неё отводится определённое место в памяти. При объявлении переменной вида ìnt, на уровне машинных команд она представляется как два параметра, а именно адрес переменной и её размер. Массивы в памяти сохраняются аналогичным порядком. Массив типа ìnt, который состоит из девяти компонентов, может быть описан при помощи адреса первого компонента и числа байт, вмещаемых массивом. Чтобы сохранить одно целое число нужно выделить четыре байта, а для массива из девяти компонентов выделяется тридцать шесть байт. Но при повторных запусках программы выводимые адреса отличаются. Это делается с целью защитить буфер от переполнений. Этот технологический приём имеет название рандомизация адресного пространства (случайный выбор) и имеется почти во всех известных операционных системах. А, чтобы вывести на экран фамилию первого студента, надо использовать следующую программу:
Рисунок 2. Программа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В данном случае на экран выводится фамилия первого студента «Ивановский». Следует отметить, что номера компонентов массива начинаются с нуля. То есть, первая фамилия студента хранится в students[0], а последняя фамилия находится в students[8]. Чтобы вывести фамилии всех студентов, удобно воспользоваться циклом. Фамилий может быть не девять, а тысяча и тогда цикл просто необходим. Программа вывода приведена ниже:
Рисунок 3. Программа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Когда потребуется вывести массив из тысячи фамилий, нужно в этой программе просто увеличить итоговое число счётчика цикла. То есть нужно строчку for (. ; i
C Language
Массивы
Массивы представляют собой производные типы данных, представляющие упорядоченный набор значений («элементов») другого типа. Большинство массивов в C имеют фиксированное количество элементов любого одного типа, и его представление хранит элементы смежно в памяти без пробелов или отступов. C допускает многомерные массивы, элементами которых являются другие массивы, а также массивы указателей.
C поддерживает динамически распределенные массивы, размер которых определяется во время выполнения. C99 и более поздние версии поддерживают массивы переменной длины или VLA.
Синтаксис
- имя типа [длина]; / * Определить массив «type» с именем «name» и длиной «length». * /
- int arr [10] = <0>; / * Определить массив и инициализировать ВСЕ элементы в 0. * /
- int arr [10] = <42>; / * Определить массив и инициализировать 1-й элемент до 42, а остаток — 0. * /
- int arr [] = <4, 2, 3, 1>; / * Определить и инициализировать массив длиной 4. * /
- arr [n] = значение; / * Установленное значение при индексе n. * /
- значение = arr [n]; / * Получить значение по индексу n. * /
замечания
Зачем нам нужны массивы?
Массивы обеспечивают способ организации объектов в совокупность с его собственным значением. Например, строки C представляют собой массивы символов ( char s) и строку, такую как «Hello, World!». имеет значение как совокупность, которая не присуща персонажам индивидуально. Аналогично, массивы обычно используются для представления математических векторов и матриц, а также списков многих видов. Более того, без какого-либо элемента для группировки элементов нужно будет решать каждый отдельно, например, через отдельные переменные. Мало того, что это громоздко, он не легко вмещает коллекции разной длины.
Массивы неявно преобразуются в указатели в большинстве контекстов .
За исключением случаев, когда он является операндом оператора sizeof оператором _Alignof (C2011) или оператором unary & (address-of) или как строковый литерал, используемый для инициализации (другого) массива, массив неявно преобразуется в ( «decays to») указатель на свой первый элемент. Это неявное преобразование тесно связано с определением оператора субтипирования массива ( [] ): выражение arr[idx] определяется как эквивалентное *(arr + idx) . Кроме того, поскольку арифметика указателя коммутативна, *(arr + idx) также эквивалентна *(idx + arr) , что, в свою очередь, эквивалентно idx[arr] . Все эти выражения действительны и оцениваются с одинаковым значением при условии, что либо idx либо arr является указателем (или массивом, который распадается на указатель), а другой является целым числом, а целое число является допустимым индексом в массив на который указывает указатель.
В качестве частного случая заметим, что &(arr[0]) эквивалентно &*(arr + 0) , что упрощается до arr . Все эти выражения взаимозаменяемы везде, где последний разпад указателя. Это просто снова выражает, что массив распадается на указатель на его первый элемент.
Напротив, если адрес-оператор применяется к массиву типа T[N] ( т.е. &arr ), тогда результат имеет тип T (*)[N] и указывает на весь массив. Это отличается от указателя на первый элемент массива, по крайней мере, относительно арифметики указателя, которая определяется в терминах размера заостренного типа.
Функциональные параметры не являются массивами .
Хотя первое объявление foo использует синтаксис типа массива для параметра a , такой синтаксис используется для объявления параметра функции, объявляющего этот параметр как указатель на тип элемента массива. Таким образом, вторая сигнатура для foo() семантически идентична первой. Это соответствует распаду значений массива указателям, где они отображаются в качестве аргументов для вызова функции, так что если переменная и параметр функции объявлены с тем же типом массива, то значение этой переменной подходит для использования в вызове функции как аргумент, связанный с параметром.
Объявление и инициализация массива
Общий синтаксис объявления одномерного массива
где type может быть любым встроенным типом или определяемыми пользователем типами, такими как структуры, arrName является определяемым пользователем идентификатором, а size является целочисленной константой.
Объявление массива (массив из 10 переменных int в этом случае) выполняется следующим образом:
теперь он имеет неопределенные значения. Чтобы гарантировать, что при объявлении он имеет нулевые значения, вы можете сделать это:
В массивах также могут быть инициализаторы, в этом примере объявляется массив из 10 int , где первые 3 int будут содержать значения 1 , 2 , 3 , все остальные значения будут равны нулю:
В приведенном выше методе инициализации первое значение в списке будет присвоено первому члену массива, второе значение будет присвоено второму элементу массива и так далее. Если размер списка меньше размера массива, то, как и в предыдущем примере, остальные члены массива будут инициализированы нулями. С назначенной инициализацией списка (ISO C99) возможна явная инициализация элементов массива. Например,
В большинстве случаев компилятор может вывести длину массива для вас, этого можно добиться, оставив квадратные скобки пустыми:
Объявление массива нулевой длины недопустимо.
В C99 были добавлены массивы переменной длины (VLA для краткости) и были добавлены в C11. Они равны нормальным массивам, с одной, важной, разницей: длина не обязательно должна быть известна во время компиляции. У VLA есть время автоматического хранения. Только указатели на VLA могут иметь статическую продолжительность хранения.
Важный:
VLA потенциально опасны. Если для массива vla в приведенном выше примере требуется больше места в стеке, чем доступно, стек будет переполняться. Поэтому использование VLA часто не поощряется в руководствах по стилю, а также книгами и упражнениями.
Очистка содержимого массива (обнуление)
Иногда необходимо установить массив в ноль после завершения инициализации.
Общим сокращением к вышеуказанному циклу является использование memset() из <string.h> . Проходящий array как показано ниже, заставляет его распадаться на указатель на его 1-й элемент.
Как и в этом примере, array представляет собой массив, а не только указатель на 1-й элемент массива (см. Длину массива на том, почему это важно), возможно третий вариант для вывода из массива:
Длина массива
Массивы имеют фиксированные длины, которые известны в рамках их деклараций. Тем не менее, возможно и иногда удобно рассчитать длину массива. В частности, это может сделать код более гибким, когда длина массива определяется автоматически из инициализатора:
Однако в большинстве контекстов, где массив появляется в выражении, он автоматически преобразуется в указатель («decays to») на свой первый элемент. Случай, когда массив является операндом оператора sizeof является одним из небольшого числа исключений. Результирующий указатель сам по себе не является массивом, и он не несет никакой информации о длине массива, из которого он был получен. Поэтому, если эта длина необходима в сочетании с указателем, например, когда указатель передается функции, он должен передаваться отдельно.
Например, предположим, что мы хотим написать функцию для возврата последнего элемента массива из int . Продолжая вышеизложенное, мы можем назвать это так:
Функция может быть реализована следующим образом:
Обратите внимание, в частности, что хотя объявление input параметра похоже на объявление массива, оно фактически объявляет input как указатель (для int ). Это точно эквивалентно объявлению input как int *input . То же самое было бы верно, даже если бы было дано измерение. Это возможно, потому что массивы никогда не могут быть фактическими аргументами для функций (они распадаются на указатели, когда они появляются в выражениях вызова функций), и их можно рассматривать как мнемонические.
Это очень распространенная ошибка, чтобы попытаться определить размер массива из указателя, который не может работать. НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО:
На самом деле эта конкретная ошибка настолько распространена, что некоторые компиляторы ее распознают и предупреждают об этом. clang , например, выдает следующее предупреждение:
Установка значений в массивах
Доступ к значениям массива обычно выполняется с помощью квадратных скобок:
В качестве побочного эффекта операндов к оператору + заменить (-> коммутативный закон) следующее эквивалентно:
так что следующие утверждения эквивалентны:
C не выполняет никаких пограничных проверок, доступ к содержимому вне объявленного массива не определен (доступ к памяти за пределами выделенного фрагмента ):
Определить массив и элемент массива доступа
Выделить и нуль инициализировать массив с заданным пользователем размером
Эта программа пытается сканировать в значении без знака со стандартного ввода, выделяет блок памяти для массива из n элементов типа int , вызывая функцию calloc() . Память инициализируется всеми нулями последней.
В случае успеха память освобождается вызовом free() .
Итерация через массив эффективно и порядок строк
Массивы в C можно рассматривать как непрерывный кусок памяти. Точнее, последнее измерение массива — это смежная часть. Мы называем это строковым порядком . Понимая это и тот факт, что ошибка кэша загружает полную кеш-строку в кеш при доступе к нераскрытым данным, чтобы предотвратить последующие ошибки кэша, мы видим, почему доступ к массиву размера 10000×10000 с array[0][0] потенциально может быть загружен в array[0][1] в кеше, но доступ к array[1][0] сразу же сгенерировал бы вторую ошибку кэша, так как это sizeof(type)*10000 bytes from array[0][0] , и, следовательно, в той же строке кэша. Вот почему итерация таким образом неэффективна:
Итерация таким образом более эффективна:
В том же духе, поэтому при работе с массивом с одним измерением и несколькими индексами (скажем, 2 измерения здесь для простоты с индексами i и j) важно выполнить итерацию по массиву следующим образом:
Или с 3 измерениями и индексами i, j и k:
Или более общим образом, когда у нас есть массив с элементами N1 x N2 x . x Nd , d измерениями и индексами, отмеченными как n1, n2, . nd, смещение рассчитывается так
Многомерные массивы
Язык программирования C позволяет использовать многомерные массивы . Вот общая форма объявления многомерного массива —
Например, следующее объявление создает трехмерный (5 x 10 x 4) целочисленный массив:
Двумерные массивы
Простейшей формой многомерного массива является двумерный массив. Двумерный массив представляет собой, по существу, список одномерных массивов. Чтобы объявить двумерный целочисленный массив размеров mxn, мы можем написать следующее:
Где type может быть любым допустимым типом данных C ( int , float и т. Д.), А arrayName может быть любым допустимым идентификатором C. Двумерный массив можно визуализировать как таблицу с m строками и n столбцами. Примечание : порядок имеет значение в C. Массив int a[4][3] не совпадает с массивом int a[3][4] . Количество строк приходит сначала в качестве С является строка -Майора языка.
Двумерный массив a , содержащий три строки и четыре столбца, можно показать следующим образом:
Таким образом, каждый элемент в массиве a идентифицируется именем элемента формы a[i][j] , где a — это имя массива, i представляет, какую строку и j представляет собой какой столбец. Напомним, что строки и столбцы нулевые индексируются. Это очень похоже на математическое обозначение для подписи двухмерных матриц.
Инициализация двумерных массивов
Многомерные массивы могут быть инициализированы путем задания скобок для каждой строки. Следующие определяют массив с 3 строками, где каждая строка имеет 4 столбца.
Вложенные фигурные скобки, которые указывают предполагаемую строку, являются необязательными. Следующая инициализация эквивалентна предыдущему примеру:
Хотя метод создания массивов с вложенными фигурными скобками является необязательным, он настоятельно рекомендуется, поскольку он более читабельным и понятным.
Доступ к двумерным элементам массива
Доступ к элементу в двумерном массиве осуществляется с помощью индексов, то есть индекса строки и индекса столбца массива. Например,
Вышеприведенный оператор берет 4-й элемент из 3-й строки массива. Давайте проверим следующую программу, в которой мы использовали вложенный цикл для обработки двумерного массива:
Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он производит следующий результат:
Трехмерный массив:
3D-массив по существу представляет собой массив массивов массивов: это массив или набор 2D-массивов, а 2D-массив — массив из 1-го массива.
Карта памяти 3D-массива:
Инициализация 3D-массива:
Мы можем иметь массивы с любым количеством измерений, хотя вполне вероятно, что большинство создаваемых массивов будут иметь один или два измерения.
Итерация через массив с помощью указателей
Здесь, при инициализации p в первом for цикла условиях, массив a распадается на указатель на его первый элемент, как и во всех местах, где используется такая переменная массива.
Затем ++p выполняет арифметику указателя на указателе p и идет один за другим через элементы массива и ссылается на них путем разыменования их с помощью *p .
Передача многомерных массивов в функцию
Многомерные массивы следуют тем же правилам, что и одномерные массивы при передаче их функции. Однако комбинация распада на указатель, приоритет оператора и два разных способа объявления многомерного массива (массив массивов против массива указателей) могут сделать объявление таких функций неинтуитивным. В следующем примере показаны правильные способы передачи многомерных массивов.
Name already in use
hse-caos-2020 / 04-arrays / README.md
- Go to file T
- Go to line L
- Copy path
- Copy permalink
- Open with Desktop
- View raw
- Copy raw contents Copy raw contents
Copy raw contents
Copy raw contents
Массивы, указатели, строки
Массив в Си/Си++ — это непрерывная область памяти, в которой подряд хранятся элементы одного типа.
Размер массива равен произведению размера одного элемента на количество элементов. То есть sizeof(arr1) = 16 * sizeof(int) .
Количество элементов в определении массива можно не указывать, если его можно определить из инициализатора массива.
Массив не может содержать отрицательное число элементов, но массивы с нулем элементов допустимы. Их размер равен 0, и они полезны в некоторых ситуациях.
Массив нельзя возвращать из функции. Если массив передается в качестве параметра в функцию, то фактически будет передаваться указатель на начало массива. При передаче массива в качестве параметра он не копируется.
В контекстах, где компилятору не нужно знать размер массива (например, при передаче параметров) самый левый размер может опускаться.
Поскольку фактически передается адрес начала массива, то модификация параметров функции будет видна извне, так как будет модифицирован массив, адрес начала которого был передан.
Массив индексируется целым числом. Начальный элемент массива имеет индекс 0, последний элемент массива имеет индекс count — 1 , где count число элементов массива. Обращение к элементам за пределами массива ненулевого размера (отрицательными или >= count) — undefined behavior.
У любого указательного типа есть специальное значение NULL . Везде, где требуется указательный тип, компилятор умеет преобразовывать целое число 0 ко значению NULL . Везде, где требуется булевское значение (например, в условиях if ) значение NULL считается ложным значением, а любое другое значение — истинным.
Однако, не гарантируется, что битовое представление указателя NULL содержит все нулевые биты, например, NULL не равный всем нулевым битам возможен на процессорах с несколькими адресными пространствами. Тем не менее, на всех типичных микропроцессорных архитектурах (x86/x64, ARM, PPC, MIPS, SPARC) указатель NULL содержит все нулевые биты. Обращение по указателю NULL — undefined behavior. Поэтому компилятор может предполагать, что если некоторая указательная переменная была разыменована, она не равна NULL .
Пусть дан массив некоторого типа T с количеством элементов C :
Арифметические операции над указателями определены в терминах операций над индексами массива.
Само по себе имя массива arr , использованное в выражении, неявно преобразовывается в указатель на начальный элемент массива.
Если указатель p указывает на элемент с индексом i ( p = &arr[i] ), то p + j (прибавление целого числа к указателю) — это то же самое, что &arr[i + j] . Аналогично p — j (вычитание целого числа из указателя) — это &arr[i — j] . Если результирующий индекс i + j или i — j окажется отрицательным или большим C , то результат — undefined behavior. Однако указатель на элемент, непосредственно следующий за последним элементом массива ( &arr[C] ) допустим, хотя его нельзя разыменовывать. Эти правила применимы также и к операциям += , -= , ++ , — над указателями.
Если указатель p указывает на элемент с индексом i , а указатель q — на элемент с индексом j в том же самом массиве, то
Если указатели указывают на элементы разных массивов — undefined behavior. Таким образом, разность двух указателей дает разность в терминах количества элементов массива, расположенных между этими указателями.
Операция обращения по индексу p[i] применима к массивам и указателям и обозначает по определению *(p + i) . Если p указывает в середину массива, то вполне допустимы и отрицательные индексы, при условии, что не происходит выхода за пределы массива.
Представление строк в Си
Строки в Си (не путать с Си++) очень часто представляются в формате простого массива char* , последнее значение которого равно ‘\0’ .
Такие строки размещаются в памяти как непрерывный массив байт. Символ с кодом 0 может встречаться в середине этого массива. В таком случае функции, которые предназначены для работы со строками будут считать этот символ концом строки, несмотря на то, что размер массива может быть больше, и данные после ‘\0’ легко доступны.
Указатель на символ ( char * ) определяет адрес первого символа в строке. Все остальные символы могут быть получены инкрементом (эквивалентно — оператором [] ) этого указателя на заданное смещение.
Ввиду непрерывности размещения строки в памяти, инкремент указателя на единицу приводит к тому, что он становится указателем на следующий символ.
В данном примере исходная строка не изменяется, а на экран выводятся ее подстроки, получаемые сдвигом указателя на один символ вперед. Обратите внимание, что переменная цикла объявлена как const char* . В данном случае модификатор const относится не к переменной substring , значение которой изменяется, а к типу данных char* , то есть нельзя изменять содержимое, на которое ссылается указатель.
Если требуется объявить неизменяемость самого указателя, необходимо писать const после символа * .
Если определяется массив элементов char , который инициализируется строковым литералом, то указанная строка будет размещена в массиве.
Размер массива str будет равен 6 (5 значащих символов + \0 -терминатор строки). В его элементах последовательно будут размещены символы строки. Элементы массива могут быть модифицированы.
Можно размещать строку в константном массиве.
В этом случае простые попытки модификации строки будут диагностированы и запрещены компилятором. Массив str вполне возможно будет размещен в памяти, закрытой на запись, и попытка обойти ограничение компилятора приведет к падению программы.
В этих двух случаях понятно, в какой области памяти будет размещена строка. Но рассмотрим следующий пример:
Локальная переменная p — это указатель, она содержит адрес начала строки, но где размещается сама строка? Этот фрагмент эквивалентен примерно следующему:
Содержимое строки размещается в некотором массиве в памяти, доступной только на чтение, а адрес начала массива присваивается переменной p . Поэтому попытка обойти ограничения и модифицировать строку тоже приведет к падению программы.
Если программа обрабатывает строковые данные, то вряд ли в ней можно обойтись только константными строками. Программа должна считать строковые данные откуда-то извне, их обработать, затем записать результат. Мы будем предполагать, что обрабатываются текстовые файлы, то есть файлы, не содержащие байт \0 , поэтому для работы с такими файлами можно использовать функции стандартной библиотеки языка Си.
Считанная строка должна быть размещена в памяти. Это может быть глобальный массив, локальный массив или область памяти, выделенная динамически. В любом случае это будет область памяти ограниченного размера. Назовем такую область памяти, предназначенную для хранения строки, буфером строки. Буфер строки имеет два параметра: указатель на начало буфера и размер буфера. Если размер буфера равен N, то в буфере не может размещаться строка, длина которой больше N — 1, так как один байт займет символ \0 терминатор строки.
Таким образом, мы будем различать следующие понятия: строка — это цепочка байт, заканчивающаяся байтом \0. Буфер — это область памяти, отведенная для хранения строки.
Если требуется написать функцию, которая обрабатывает строку, и результатом обработки тоже является строка, возможны следующие варианты.
Иногда возможно обработать строку «на месте». То есть функция принимает указатель на начало строки и модифицирует ее в соответствии с требованиями. В этом случае неявно предполагается что размер буфера обрабатываемой строки равен длине строки + 1. В таком случае нормально, если строка уменьшится в размере, но недопустимо увеличение ее размера.
Например, рассмотрим функцию, которая преобразовывает все символы во входной строке к нижнему регистру:
Используется функция tolower , преобразовывающая к нижнему регистру один символ, переданный ей в качестве аргумента.
Более универсален вариант, когда в качестве результата работы функции возвращается строка, буфер под которую выделен в динамической памяти с помощью функций malloc или realloc . Например, рассмотрим функцию, выполняющую конкатенацию двух входных строк:
Функция предполагает, что аргументы str1 и str2 не могут быть указателями NULL. В аргументах используется ключевое слово const , чтобы показать, что строки не модифицируются функцией concatenate .
Функция malloc выделяет заданный объем памяти в куче и возвращает указатель на начало. Если malloc не смогла выделить память, возвращается NULL . Выделенная память используется как буфер для хранения строки.
Функция memcpy(dst,src,size) копирует size байт с места в памяти, на которое указывает src на место, на которое указывает dst . Буфера в памяти не должны перекрываться.
Такая функция concatenate всем хороша. Важно не забыть освободить выделенную память с помощью функции free . Кроме того, динамическое выделение и особождение памяти — операция сложная и займет существенное время, если обрабатывается много коротких строк.
Часто используется еще один вариант возврата обработанной строки. В этом случае функция, обрабатывающая строку, принимает на вход два параметра буфера: адрес начала и размер. Функция записывает в буфер строку-результат. Если строка окажется длиннее, чем размер буфера — 1, она обрезается. В любом случае в выходной буфер дописывается \0 байт терминатор строки. Функция может каким-либо образом сигнализировать о том, что буфер переполнился, например, с помощью возвращаемого значения.
Эта гипотетическая функция может возвращать суммарную длину строк str1 и str2 . В буфер buf записывается конкатенация двух строк, но не более чем size — 1 символ.
Если функция принимает только один параметр для записи строки-результата — адрес буфера, при этом невозможно контролировать длину строки, которая будет записана в этот буфер, такую функцию использовать крайне опасно (по меньшей мере). Например, функция gets , которая считывает одну строку из стандартного потока ввода и сохраняет ее по указанному адресу, безусловно запрещена к использованию.
Для чтения одной строки из текстового файла используется функция fgets .
Функция возвращает NULL при ошибке чтения или достижении конца файла. В противном случае функция возвращает указатель buf .
Функция считывает одну строку текста из файла fin . Строка текста заканчивается либо символом ‘\n’, либо концом файла, либо исчерпанием места в буфере buf . Если символ \n считан, он помещается в буфер. В любом случае считывается не более чем size — 1 символ из входного файла.
Функцию допустимо использовать, когда есть ограничение на максимальную длину строки текста во входном файле.
У функций семейства scanf есть форматное преобразование %s . Оно требует указатель на буфер строки.
При чтении строки предварительно пропускаются все пробельные символы, чтение в строку ведется либо до конца файла, либо до первого пробельного символа. Использование преобразование %s в этом виде не позволяет контролировать число считанных символов, поэтому использование %s в таком виде недопустимо. Необходимо указать максимальное число считываемых символов следующим образом:
Строку можно вывести с помощью спецификации %s функции семейства printf . Например,
Если выводится только строка, можно использовать fputs
Запрещено выводить строку с помощью printf без явного указания формата
Форматное преобразование в строку
Для форматного вывода данных в строку предназначена функция snprintf .
buf и size задают буфер для формирования строки. snprintf записывает в буфер не более чем size — 1 символ, всегда записывая \0 в конце. В любом случае функция snprintf возвращает столько символов, сколько было бы записано в выходной поток, если бы размер буфера buf был неограниченным.
Пример использования функции snprintf .
Форматное чтение из строки
Для форматного преобразования из строки может использоваться функция sscanf .
В случае чтения из строки удобно использовать форматное преобразование %n .
В случае успешного преобразования строки в число sscanf вернет 1, а в переменную n будет записано число символов, считанных из строки при преобразовании в число. После этого p + n — это позиция в строке, на которой остановилось чтение из файла.
Контролируемое преобразование из строки в число
Часто требуется преобразовать строку в число целого или вещественного типа, при этом проверить корректность записи числа. При этом требуется, чтобы при чтении числа не возникало переполнение, в хвосте числа не находится «мусор». Следущие записи считаются недопустимыми: «» (пустая строка), » » (только пробельные символы в строке), «1231a» (мусор в конце строки), «1 » (пробел в конце строки), «11111111111111111111111111111111111111111111» (число не представимо значением целого типа). Следущие записи допустимы: «12», » -12″ (пробелы перед числом допускаются).
Для такого рода преобразований используются функции strtol (чтение в long), strtoll (чтение в long long), strtoul (чтение в unsigned long), strtoull (чтение в unsigned long long), strtod (чтение в double). Они определены в заголовочном файле <stdlib.h> .
Рассмотрим использование strtol .
Функция возвращает преобразованное значение. При этом если возникло переполнение, в переменную errno записывается код ошибки ERANGE .
В переменную, адрес которой передан вторым параметром, записывается указатель на первый символ, который не является частю считанного числа, то есть либо адрес нулевого байта-терминатора, либо адрес начала «мусора» после числа. Если в строке вообще нет цифр, сохраняется адрес строки str.
Параметр radix задает систему счисления для перевода. Он может принимать значения от 2 до 36. Если radix равен 0, функция пытается определить систему счисления по правилам записи целых чисел языка Си (по префиксу числа: 0x — шестнадцатеричное, 0 — восьмеричное, иначе десятичное).
Поэтому проверка корректности чтения с помощью strtol заключается в следующем:
- проверить, что строка не пуста
- проверить, что переменная errno не установлена
- проверить, что eptr указывает на нулевой байт
Инициализация выделенной памяти
В заголовочном файле <string.h> объявлена одна очень полезная функция:
void *memset(void *s, int c, size_t n) — заполняет массив из n байт, который находится по адресу s однобайтными значениями c (от 0 до 0xFF ). Возвращает указатель s .
Тип параметра int c сохраняется по историческим причинам, на самом деле переданное значение преобразуется к unsigned char .
Эту функцию можно (и нужно) вызывать после выделения памяти для массива или буфера, иначе с большой вероятностью, выделенная память будет содержать какие-то случайные значения.
Динамическое выделение памяти
Функции динамического выделения и освобождения памяти определены в заголовочном файле <stdlib.h> .
void* malloc(size_t n_bytes) — выделяет память для хранения n_bytes байт, возвращает нетипизированный указатель на выделенную область
void free(void *pointer) — освобождает память, выделенную ранее функцией malloc
Функция realloc позволяет изменить размер уже выделенного блока:
размер выделенного блока можно как увеличивать, так и уменьшать. Функция старается, но не гарантирует, чтобы блок памяти остался по тому же адресу. Поэтому расширение размера может перенести данные на другой адрес.
Функция realloc является основой для реализации расширяемых массивов (в C++ им соответствует шаблонный класс vector ).
В расширяемом массиве для каждого массива хранятся три переменных: data — указатель на массив, size — число элементов, хранящихся в массиве, reserved — число элементов, под которые выделена память.
Начальный размер расширяемого массива может быть нулевым, а может быть равным, например, 32 байта.
Если при добавлении элемента в массив места в нем не осталось, память под него перевыделяется:
Обработка ошибок выделения памяти
Функции выделения памяти calloc , realloc и прочие могут возвращать NULL , если операция выделения памяти закончилась с ошибкой. Разыменование нулевого указателя при выполнении программы — это undefined behavior, что недопустимо. Поэтому результат, который вернули функции выделения памяти, должен проверяться на NULL, и ошибка выделения памяти должна как-то обрабатываться.
Однако ответить на вопрос Как нужно обрабатывать ошибки выделения памяти? сложнее. Самый простой вариант — вернуть наверх, в вызывающую функцию какое-то значение, сигнализирующее об ошибке, например, тот же NULL , переложив ответственность на обработку ошибки выделения памяти на вызывающую функцию.
Фрагмент функции добавляющий элемент в расширяемый массив, может быть тогда таким:
С другой стороны, очень часто не видно какой-либо разумной стратегии обработки ошибки нехватки памяти. Тогда проще будет в случае нехватки памяти просто завершить программу аварийно, предоставив разработчикам выяснять причину падения программы и причину нехватки памяти.
Тогда код можно переписать следующим образом:
Смысл использования функции abort() здесь в том, чтобы программа завершилась аварийно, и мы сможем, например, исследовать посмертный дамп памяти, или получим трассу стека в системных логах.
Текстовыми мы будем называть файлы, удовлетворяющие следующим ограничениям:
- не содержит байт со значением 127;
- из значений байтов в диапазоне 0-31 допускаются только символы \t, \r, \n; в частности, не допускается байт 0;
- файл состоит из строк текста. Каждая строка текста заканчивается либо байтом \n, либо байтами \r \n;
- последняя строка в файле может не заканчиваться байтами конца строки.
Пустой текстовый файл допускается и считается, что содержит 0 строк текста. Если текстовый файл содержит единственную строку, не завершающуюся байтами конца строки, он содержит одну строку текста.
Ваша программа при чтении должна корректно обрабатывать файлы и с концами строк в стиле DOS, и с концами строк в стиле Unix.
Когда ваша программа формирует в качестве результата работы текстовые файлы, каждая строка, в том числе и последняя, должна завершаться единственным символов конца строки \n. Использование \r в генерируемых файлах не допускается.
Стандартные потоки stdin , stdout , stderr по умолчанию являются текстовыми потоками и должны подчиняться описанным выше правилам.