Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание
вернуться

Страуструп Бьерн
Шрифт:

24.4. Многомерные массивы в стиле языка С

В качестве многомерного массива можно использовать встроенный массив в языке С++ . В этом случае многомерный массив интерпретируется как массив массивов, т.е. массив, элементами которого являются массивы. Рассмотрим пример.

int ai[4]; // 1-мерный массив

double ad[3][4]; // 2-мерный массив

char ac[3][4][5]; // 3-мерный массив

ai[1] = 7;

ad[2][3] = 7.2;

ac[2][3][4] = 'c';

Этот подход наследует все преимущества и недостатки одномерного массива.

• Преимущества

• Непосредственное отображение с помощью аппаратного обеспечения.

• Эффективные низкоуровневые операции.

• Непосредственная языковая поддержка.

• Проблемы

• Многомерные массивы в стиле языка являются массивами массивов(см. ниже).

• Фиксированные размеры (например, фиксированные на этапе компиляции). Если хотите определять размер массива на этапе выполнения программы, то должны использовать свободную память.

• Массивы невозможно передать аккуратно. Массив превращается в указатель на свой первый элемент при малейшей возможности.

• Нет проверки диапазона. Как обычно, массив не знает своего размера.

• Нет операций над массивами, даже присваивания (копирования).

Встроенные массивы широко используются в числовых расчетах. Они также являются основным источником ошибок и сложностей. Создание и отладка таких программ у большинства людей вызывают головную боль. Если вы вынуждены использовать встроенные массивы, почитайте учебники (например, The C++ Programming Language, Appendix C, p. 836–840). К сожалению, язык C++ унаследовал многомерные массивы от языка C, поэтому они до сих пор используются во многих программах.

Большинство фундаментальных проблем заключается в том, что передать многомерные массивы аккуратно невозможно, поэтому приходится работать с указателями и выполнять явные вычисления, связанные с определением позиций в многомерном массиве. Рассмотрим пример.

void f1(int a[3][5]); // имеет смысл только в матрице [3][5]

void f2(int [ ][5], int dim1); // первая размерность может быть

// переменной

void f3(int [5 ][ ], int dim2); // ошибка: вторая размерность

// не может быть переменной

void f4(int[ ][ ], int dim1, int dim2); // ошибка (совсем

// не работает)

void f5(int* m, int dim1, int dim2) // странно, но работает

{

for (int i=0; i<dim1; ++i)

for (int j = 0; j<dim2; ++j) m[i*dim2+j] = 0;

}

Здесь мы передаем массив

m
как указатель
int*
, даже если он является двумерным. Поскольку вторая переменная должна быть переменной (параметром), у нас нет никакой возможности сообщить компилятору, что массив
m
является массивом (
dim1, dim2
), поэтому мы просто передаем указатель на первую его ячейку. Выражение
m[i*dim2+j]
на самом деле означает
m[i,j]
, но, поскольку компилятор не знает, что переменная
m
— это двумерный массив, мы должны сначала вычислить позицию элемента
m[i,j]
в памяти.

Этот способ слишком сложен, примитивен и уязвим для ошибок. Он также слишком медленный, поскольку явное вычисление позиции элемента усложняет оптимизацию. Вместо того чтобы учить вас, как справиться с этой ситуацией, мы сконцентрируемся на библиотеке С++, которая вообще устраняет проблемы, связанные с встроенными массивами.

24.5. Библиотека Matrix

Каково основное предназначение массива (матрицы) в численных расчетах?

• “Мой код должен выглядеть очень похожим на описание массивов, изложенное в большинстве учебников по математике”.

• Это относится также к векторам, матрицам и тензорам.

• Проверка на этапах компиляции и выполнения программы.

• Массивы любой размерности.

• Массивы с произвольным количеством элементов в любой размерности.

• Массивы являются полноценными переменными/объектами.

• Их можно передавать куда угодно.

• Обычные операции над массивами.