Сделай Сам Свою Работу на 5

Листинг 1. Использование массива для выполнения двух задач.

Лабораторная работа №8

МАССИВЫ И СТРОКИ

Переменные, с которыми вы имели дело до сих пор, могут хранить только одно значение в каждый момент времени. То есть, если вы, например, хотите узнать среднее арифметическое для 31 значения температуры, вам придется 31 раз ввести значение переменной, по одному за цикл, используя аккумулятор для подсчета суммы. При этом, когда вводится второе значение, первое теряется, когда вводится третье — утрачивается второе, и так далее. Если в программе есть соответствующие инструкции, вы будете знать сумму этих чисел и их среднее арифметическое, но исходные значения будут потеряны.

Если же вы захотите сохранить все значения для дальнейшего использования в программе, вам потребуется определить 31 переменную и написать 31 инструкцию ввода данных.

В этой работе рассматривается как внести значения в специальную переменную, которая называется массивом (array). Кроме того, здесь подробно описывается работа со строковыми переменными.

Массивы

Представьте себе группу людей, стоящих в очереди, например, перед входом в кинотеатр. Единственная вещь, которая объединяет этих людей, — это то, что они стоят в одной очереди. Тот факт, что кто-то из них занимает первую позицию, не говорит нам ничего об этом человеке. У нас нет оснований думать, что он проворнее, выше, или богаче, чем любой другой из стоящих за ним.

Массив можно представить себе в виде некоего подобия очереди. Массив — это множество значений, которыми можно оперировать как группой. Каждый элемент или значение в массиве является отдельной переменной, и с ней можно обращаться, как с обычной переменной, но так как эти переменные собраны в массив, их также можно трактовать как общность. И так же, как место в очереди не дает нам никакой дополнительной информации о человеке, который его занимает, положение элемента массива не имеет никакого отношения к присвоенному ему значению.

Вы уже создавали и использовали массивы в форме строк. Строка и в самом деле является массивом, состоящим из отдельных символов. При отображении строки сообщения на дисплее функция puts() обращается с массивом как с группой, но к каждому символу можно обратиться и в отдельности.



Работа с массивом осуществляется поэтапно. Во-первых, необходимо определить массив как переменную, во-вторых, в массив надо ввести значения, и, наконец, можно использовать массив в соответствии с требованиями логики программы.

Определение массива

Для определения массива необходимо указать типы значений, которые он содержит, и максимальное количество элементов, которое может быть в него записано. Синтаксис определения массива показан на рис.1. Для того чтобы создать массив, содержащий, например, 31 целое число, надо написать определение:

inttemps[31];

Запомните, что в этом случае используются именно квадратные скобки, а не круглые или фигурные. Массив определяют так же, как и другие переменные, перед main(), если хотят создать внешний массив (доступный для всех функций), и внутри main(), когда хотят определить автоматический массив.

При определении массива одновременно определяются и его отдельные элементы, как это показано на рис. 2. К первому элементу массива temps обращаются как к temps[0], ко второму — как к temps[1], к третьему — как к temps[2] и так далее. Заметьте, что нумерация элементов массива начинается с 0, так что массив, состоящий из пяти элементов, показан на рисунке как массив, содержащий элементы с номерами от 0 до 4. Элемент с номером temp[5] не существует. Число, заключенное в квадратные скобки, называется индексом (subscript), и про элементы массива можно говорить как про «нулевой элемент массива temps», «первый элемент массива temps» и так далее.


Рис. 1. Синтаксис определения массива

 


Рис. 2. При определении массива также определяютсяи составляющие его элементы

Нельзя использовать индекс, имеющий значение больше указанного максимального количества элементов массива минус один. Если определен массив, имеющий 10элементов, значит максимальным возможным индексом является число9. Компилятор не будет генерировать ошибку, если существует проблема с индексом, но при запуске программы произойдет ошибка выполнения или программа выдаст результаты, далекие от истинных.

Определение строковой переменной на самом деле является определением массива символьных элементов:

charname[5];

С помощью функций gets() и puts() можно вводить и выводить весь массив символьных данных как единое целое, но при работе с другими типами данных эти операции выполняются с каждым элементом массива отдельно.

Ввод значений в массив

После того как вы определили массив, в него можно вводить информацию. Начальные значения элементам массива можно присвоить при его определении:

inttemps[5] = {45, 56, 12, 98, 12};

Таким образом, мы создали пять элементов, имеющих следующие значения:

temps[0] 45temps[1] 56temps[2] 12temps[3] 98temps[4] 12

Для инициализации подобного массива используется соответствующая инструкция перед main(). Подобная инициализация возможна и внутри main(), или другой функции, но в этом случае массив должен быть описан как статический:

int temps[5] = {45, 56, 12, 98, 12};main() { static float prices[3] = {23.45, 34.56, 12.34};

Отдельным элементам массива можно присваивать значения внутри main() или другой функции, как в инструкции

temps[0] = 45;

Если вы хотите присвоить значение каждому элементу массива, вы можете использовать цикл для ускорения процедуры. В том случае, когда число элементов известно заранее, используйте цикл for:

main() { int temps[31]; int index; for (index = 0; index 31; index++) { printf("Введитезначениетемпературы #%d: ", index); scanf("%d", &temp[index]); } }

Переменная index использована здесь для того, чтобы определить количество повторений цикла. В нашем случае цикл будет выполнен 31 раз, по одному на каждый элемент массива. При каждом повторе цикла на экране будет появляться подсказка:

Введите значение температуры #N

где N отображает индекс элемента, которому присваивается значение.

Обратите внимание, что количество повторов определяется увеличением значения переменной index от 0 до 30, а не до 31, поэтому данное значение может использоваться одновременно и как индекс для определения номера текущего элемента массива (которые пронумерованы от 0 до 30). Когда переменная index имеет значение 0, элемент temps[index] на самом деле является элементом temps[0]. Таким образом, значение, которое мы вводим в элемент temps[index] с помощью функции scanf(), присваивается первому элементу с именем temps[0]. С очередным выполнением цикла for значение переменной index возрастает, и при следующих повторах функция scanf() вводит значение в новые элементы массива. Этот процесс проиллюстрирован в табл.1.

Таблица 1. Использование цикла для увеличения индекса массива.

Очень важно, чтобы вы поняли различия между значением индекса переменной, записанным в квадратных скобках, и значением элемента массива как таковым. Индекс только указывает на позицию, которую элемент занимает в массиве, но не имеет никакого отношения к значению самого элемента. Посмотрите на


Рис. 3. Разница между индексом и значением элемента массива

рис. 3. Индекс элемента имеет значение 0, а переменная temps[0] равна75. Как мы уже поясняли это на примере очереди перед кинотеатром, значение индекса переменной не связано со значением переменной. Содержимое следующей переменной temps[1] может быть больше, меньше или равно значению переменной temps[0].

В том случае, когда значение элементу массива не было присвоено, он так же, как и любая переменная, будет иметь своим значением некий «мусор». Можно быстро инициализировать целочисленный массив, если в цикле присвоить его элементам нулевые начальные значения:

for (index = 0; index < 31; index++) temps[index] = 0;

Используя массив, можно ввести любое количество элементов, внеся соответствующие изменения в определение массива и условие цикла.

Работа с массивами

Элемент массива можно использовать в любых инструкциях, где используется переменная: в процедурах ввода, вывода и в выражениях. К элементу массива всегда обращаются через его индекс.

Значения, хранящиеся в массиве, можно использовать везде, где это может потребоваться в программе. Например, в Листинге 1 приведен текст программы, в которой массив используется при выполнении двух различных задач. Во-первых, по элементам массива вычисляется среднее арифметическое значение, во-вторых, массив используется для перевода значений температуры из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия. Каждый раз, когда массив участвует в цикле for, значение переменной index возрастает от 0 до индекса последнего элемента массива.

Листинг 1. Использование массива для выполнения двух задач.

/*array1.c*/main() { int temps[31]; int index, total; floatavarage, celsius; total = 0.0; /*загрузка значений в массив*/ for (index = 0; index< 31; index++) { printf("Введитезначениетемпературы #%d: ", index); scanf("%d", &temp[index]); } /*подсчет среднего арифметического*/ for (index = 0; index < 31; index++) total += temps[index]; average = total / 31.0; printf("Среднее значение температуры составляет: %f\n\n", average); puts("Шкала Фаренгейта\t\tШкала Цельсия\n"); /*перевод значений в градусы Цельсия*/ for (index = 0; index < 31; index++) { celsius = (5.0/9.0)*(temps[index]-32); printf("%d\t\t%6.2f\n", temps[index], celsius); } }

Однако, как вы, может быть, заметили, в программе подразумевается, что пользователь введет значения во все элементы массива, а их у нас 31. Если, например, мы имеем дело с наблюдениями за температурой в ноябре или феврале, полученные результаты не будут правильными, поскольку мы не используем все элементы массива, как это предполагает логика программы.

В программе, приведенной в Листинге 1, мы можем использовать любое количество элементов массива, вплоть до 31. Вместо цикла for предыдущей программы теперь используется цикл do...while, и инструкция

index = 0;

выполняется в начале каждого цикла, чтобы переменная index, использованная в качестве индекса массива, всегда указывала на первый элемент. Ввод подобной инструкции в цикле for не являлся необходимым, так как в этом случае начальное значение индекса устанавливается в самой инструкции for.

Листинг 2. Использование цикла do...while для загрузки массива.

/*array2.c*/main() { int temps[31]; int index, total; floatavarage, celsius, count; total = 0.0; /*загрузка значений в массив*/ index = 0; do { printf("Введите значение температуры #%d, \для прекращения введите 555: ", index); scanf("%d", &temp[index]); } while (index< 31 &&temps[index-1] != 555); /*подсчет среднего арифметического*/ index = 0; do { total += temps[index]; index++; } while (index < 31 && temps[index-1] != 555); count = index; average = total / count; printf("Среднее значение температуры составляет: %f\n\n", average); puts("Шкала Фаренгейта\t\tШкала Цельсия\n"); /*перевод значений в градусы Цельсия*/ index = 0; do { celsius = (5.0 / 9.0) * (temps[index] - 32); printf("%d\t\t%6.2f\n", temps[index], celsius); index++; } while (index < 31 && temps[index-1] != 555); }

В этой программе процедура ввода прекратится, когда окажутся введены значения всех элементов массива, или раньше, если вы введете значение флага 555, который проверяется в условии

while (index< 31 &&temps[index-1] != 555);

Заметьте, что из значения переменной index в условии вычитается единица. Это сделано потому, что значение индекса увеличивается после ввода каждого числа. Если вы не хотите вводить значения во все элементы массива, введите после очередного значения температуры число 555, которое будет присвоено следующему элементу массива и прекратит выполнение цикла.

Число 555 используется как флаг. При выполнении программа будет ожидать появления этого значения, чтобы определить, не хочет ли пользователь прекратить ввод данных раньше, чем все элементы массива окажутся заполнены.

Когда для такого массива вычисляется среднее арифметическое значение, цикл do...while суммирует все значения, введенные в массив, пока не доберется до его конца или не получит значение 555. Для того чтобы переменную index, которая содержит количество введенных значений температур, можно было использовать в качестве индекса массива, она должна быть определена как целочисленная. А чтобы в результате операции деления получить число типа float, значение переменной необходимо определить как float. Таким образом, в программе должна быть определена float-переменная count, в которую перед выполнением математических операций записывается количество введенных значений температур:

count = index;average = total / count;

Так как в последней строке инструкций цикла происходит увеличение переменной index, ее значение после выполнения цикла становится на единицу больше, чем индекс последнего элемента, содержащего правильное значение температуры. Например, если значения введены в элементы массива с номерами от 0 до4, переменная index будет равна пяти. Но поскольку это значение отражает количество заполненных элементов, то его можно использовать как счетчик при вычислении среднего арифметического.

Если вы внимательно присмотритесь к логике программы, то увидите, что в ней присутствует потенциальная проблема. Источником возможной ошибки являются второе и третье условия while. Если введено действительно 31 значение температуры (от 0 до 30), переменная index, которая используется в условии temps[31], возрастает до 31, что на единицу больше максимального допустимого


Рис. 4. Сокращенная схема проверки условия

значения индекса. Однако ошибки не произойдет, так как условия записаны в следующем порядке:

while (index< 31 &&temps[index] != 555);

В целях ускорения выполнения программы большинство компиляторов, проверяя условие И, автоматически прекращают оценивать истинность дальнейших условий, как только встретят первое ложное условие (рис. 4). Так как оператор И требует выполнения всех указанных условий одновременно, нет необходимости просматривать второе, если первое не выполняется.

После того как введены значения 31 элемента массива, первое условие в выражении (index< 31) перестает выполняться. Как только это происходит, программа больше не будет тратить время на проверку второго условия и, следовательно, никогда не заметит, что индекс выходит за допустимые пределы.

Вы можете легко проверить справедливость сказанного, если поменяете порядок условий в инструкции:

while (temps[index] != 555 &&index< 31);

Теперь, когда вы запустите программу и введете 31 значение, вы получите ошибку выполнения, так как компьютер попытается проверить элемент массива с индексом, превышающим максимально допустимый.

Некоторые компиляторы не имеют возможности прерывания операции проверки условия. Работая с этими компиляторами, вы получите ошибку выполнения, обусловленную логикой программы, в любом случае. Чтобы выйти из этого положения, можно определить максимальное количество элементов 32, но использовать только31.

Просмотр массива

Используя циклы, вы можете просматривать элементы массива для сравнения входящих в него значений или для поиска определенного значения. Рассмотримпроцедуру:

/*highlow*/...high = temps[0];low = temps[0];index = 1;while (index < 31 && temps[index] != 555) { if (temps[index] > high) high = temps[index]; if (temps[index] > low) low = temps[index]; index++; }printf("Минимальное значение равно %d\n", low);printf("максимальное значение равно %d\n", high);...

Предполагается, что переменные high и low определены как целочисленные. Здесь описана процедура просмотра каждого элемента массива с целью поиска наибольшего и наименьшего из введенных значений. Ключевым моментом является то, что изначально значение первого элемента массива присваивается и переменной high, и переменной low. Действительно, когда имеется только один элемент, его значение является одновременно и максимальным и минимальным из рассматриваемых. Таким образом, мы даем переменной некое начальное


Рис. 5. Значения переменных в процессе выполнения цикла

значение, которое затем будет сравниваться со всеми другими значениями элементов массива. Если значение какого-либо элемента превысит текущее значение переменной high, оно станет новым максимальным значением, если оно окажется меньше текущего значения переменной low, оно станет новым минимальным значением. На рис. 5 продемонстрировано несколько первых прохождений такого цикла.

Поиск в массиве

Часто возникает необходимость найти в массиве определенное значение. Для этого нужно просмотреть каждый элемент массива и проверить его значение на предмет соответствия некоторой заданной величине. Если требуется только узнать, встречается ли в массиве некоторое значение, то можно прекратить поиск, как только будет обнаружен первый элемент, значение которого представляет искомую величину. То есть, если массив состоит из тысячи элементов и мы нашли нужное значение в первом же элементе, нет необходимости проверять остальные 999 элементов.

Ниже написана процедура поиска в нашем учебном массиве значений температур:

/*found.c*/...printf("Укажите значение, которое желаете найти: ");scanf("%d", &num);index = 0;found = 0;while (! found && index < 31 && temps[index] != 555) { if (temps[index] == num) found = 1; else index++; }if (! found) puts("Указанного значения нет в массиве");else printf("Указанное значение содержится в элементе %d\n", index);...

Здесь предполагается, что была определена целочисленная переменная found. Эта переменная используется как флаг, то есть указывает на то, что искомое значение найдено и можно прекратить дальнейший просмотр значений массива.

Переменная found используется с унарным оператором отрицания. Выражение

while (! found)

означает: «Пока значение found не является истинным». Эта инструкция выполняется, пока переменная found имеет нулевое значение. Так как начальное значение переменной было присвоено за пределами цикла, при первом прохождении условие окажется истинным, и программа проверит первый элемент массива (имеющий индекс0).

Как только элемент, имеющий искомое значение, обнаружен, условие, записанное в инструкции if, становится истинным и переменной found присваивается значение1. Это означает, что условие «Пока значение found не является истинным» больше не будет выполняться, и цикл завершается. Значение, присвоенное переменной index во время последнего прохождения цикла, соответствует номеру элемента массива, который содержит искомое значение.

Заключительные инструкции if выводят на экран одно из двух сообщений в зависимости от того, найдено ли искомое значение в данном массиве.

Обратите внимание, что инструкция while содержит три условия, объединенные логическим оператором И. Цикл будет повторяться до тех пор, пока не произойдет одно из трех событий: найдено искомое значение, проверены все элементы массива или обнаружен элемент, имеющий значение555.

Передача массива функции

Массив может быть передан целиком из одной функции в другую, хотя в языках Си и Си++ процедура передачи массива довольно сильно отличается от передачи переменных других типов. При передаче переменной, не являющейся массивом, Си копирует данные, помещая их в область памяти, отведенную для принимающей переменной. Таким образом, имеются два набора данных, и если вызванная функция изменит значение переданной ей переменной, содержимое исходной переменной затронуто не будет.

При передаче массива происходит передача только лишь его адреса. Си не делает копии данных, а как бы дает исходному массиву (занимаемой им области памяти) другое имя. В Листинге 3 продемонстрировано, как передавать массив в качестве аргумента. Обратите внимание, что для вызова аргумента используется только имя массива без индекса:



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.