C/Tablice

W rozdziale Zmienne w C dowiedziałeś się, jak przechowywać pojedyncze liczby oraz znaki. Czasami zdarza się jednak, że potrzebujemy przechować kilka, kilkanaście albo i więcej zmiennych jednego typu. Nie tworzymy wtedy np. dwudziestu osobnych zmiennych. W takich przypadkach z pomocą przychodzi nam tablica.

Tablica to ciąg zmiennych jednego typu. Ciąg taki posiada jedną nazwę a do jego poszczególnych elementów odnosimy się przez numer (indeks).

tablica 10-elementowa

Typy tablic

Podział wg sposobu definiowania:

• statyczne
• dynamiczne
  • tablice, których rozmiar jest definiowany przez zmienną ( ang. Variable-length array)
  • tablice, których rozmiar jest niezdefiniowany. Tablice te są elementem struktury.(ang. Flexible array member)

Podział wg typu elementu

• tablice znaków
• tablice liczb całkowitych

Podział wg rozmiaru

• jednowymiarowe
• wielowymiarowe

Tablice znaków

Tablice znaków, tj. typu char oraz unsigned char, posiadają dwie ogólnie przyjęte nazwy, zależnie od ich przeznaczenia:

• bufory - gdy wykorzystujemy je do przechowywania ogólnie pojętych danych, gdy traktujemy je jako po prostu "ciągi bajtów" (typ char ma rozmiar 1 bajta, więc jest elastyczny do przechowywania np. danych wczytanych z pliku przed ich przetworzeniem).
• napisy - gdy zawarte w nich dane traktujemy jako ciągi liter; jest im poświęcony osobny rozdział Napisy.

Przykład:

/*
 http://joequery.me/code/snprintf-c/
 
 
  gcc a.c -Wall
 ./a.out
 
012345678
hello th\0
turtle\078
2222\05678

*/ 
#include<stdio.h>
#define BUFSIZE 9




void init_buf(char *buf, size_t size){
    int i;
    for(i=0; i<size; i++){
        buf[i] = i + '0'; // int to char conversion
    }
}

void print_buf(char *buf){
    int i;
    char c;
    for(i=0; i<BUFSIZE; i++){
        c = buf[i];
        if(c == '\0'){
            printf("\\0");

        }
        else{
            printf("%c", buf[i]);
        }
    }
    printf("\n");
}


int main(){
    char buf[BUFSIZE];
    init_buf(buf, BUFSIZE);
    print_buf(buf);

    // hello there! == 12 characters, > BUFSIZE
    init_buf(buf, BUFSIZE);
    snprintf(buf, BUFSIZE, "hello there!");
    print_buf(buf);

    // turtle == 6 charaters, < BUFSIZE
    init_buf(buf, BUFSIZE);
    snprintf(buf, BUFSIZE, "turtle");
    print_buf(buf);

    // 2222220 == 7 charaters, > 5
    init_buf(buf, BUFSIZE);
    snprintf(buf, 5, "%d", 222222 * 10);
    print_buf(buf);

    return 0;
}

Tablice wielowymiarowe

tablica dwuwymiarowa (5x5)

Rozważmy teraz konieczność przechowania w pamięci komputera całej macierzy o wymiarach 10 x 10. Można by tego dokonać tworząc 10 osobnych tablic jednowymiarowych, reprezentujących poszczególne wiersze macierzy. Jednak język C dostarcza nam dużo wygodniejszej metody, która w dodatku jest bardzo łatwa w użyciu. Są to tablice wielowymiarowe, lub inaczej "tablice tablic". Tablice wielowymiarowe definiujemy podając przy zmiennej kilka wymiarów, np.:

 float macierz[10][10];

Tak samo wygląda dostęp do poszczególnych elementów tablicy:

 macierz[2][3] = 1.2;

Jak widać ten sposób jest dużo wygodniejszy (i zapewne dużo bardziej "naturalny") niż deklarowanie 10 osobnych tablic jednowymiarowych. Aby zainicjować tablicę wielowymiarową należy zastosować zagłębianie klamr, np.:

 float macierz[3][4] = {
   { 1.6, 4.5, 2.4, 5.6 },  /* pierwszy wiersz */
   { 5.7, 4.3, 3.6, 4.3 },  /* drugi wiersz */
   { 8.8, 7.5, 4.3, 8.6 }   /* trzeci wiersz */
 };

Dodatkowo, pierwszego wymiaru nie musimy określać (podobnie jak dla tablic jednowymiarowych) i wówczas kompilator sam ustali odpowiednią wielkość, np.:

 float macierz[][4] = {
   { 1.6, 4.5, 2.4, 5.6 },  /* pierwszy wiersz */
   { 5.7, 4.3, 3.6, 4.3 },  /* drugi wiersz */
   { 8.8, 7.5, 4.3, 8.6 },  /* trzeci wiersz */
   { 6.3, 2.7, 5.7, 2.7 }  /* czwarty wiersz */
 };

Innym, bardziej elastycznym sposobem deklarowania tablic wielowymiarowych, jest użycie wskaźników. Opisane to zostało w następnym rozdziale.

Kolejność głównych wierszy

Kolejność głównych wierszy ( ang. Row Major Order = ROM )

W C tablica wielowymiarowa A[n][m] :

• jest przechowywana wierszami :
• numeracja indeksów rozpoczyna się od zera

 A[0][0], A[0][1], ..., A[0][m-1], A[1][0], A[1][1],..., A[n-1][m-1] 

C: row-major order (lexicographical access order), zero-based indexing

Address x + N_x*y	Access A[y][x]	Value $a_{y,x}$
0	A[0][0]	$a_{11}$
1	A[0][1]	$a_{12}$
2	A[0][2]	$a_{13}$
3	A[1][0]	$a_{21}$
4	A[1][1]	$a_{22}$
5	A[1][2]	$a_{23}$

Przykładowy program :

/*
 http://stackoverflow.com/questions/2151084/map-a-2d-array-onto-a-1d-array-c/2151113

*/
  #include <stdio.h>

   int main(int argc, char **argv) {
   int i, j, k;
   int arr[5][3];
   int *arr2 = (int*)arr;

       for (k=0; k<15; k++) {
          arr2[k] = k;
          printf("arr[%d] = %2d\n", k, arr2[k]);
       }

       for (i=0; i<5; i++) {
         for (j=0; j< 3; j++) {
            printf("arr2[%d][%d] = %2d\n", i, j ,arr[i][j]);
         }
       } 
    }

• 
  Ilustracja różnicy między kolejnością głównych wierszy i kolumn
• 

Działania na tablicach

• deklaracja
• inicjacja
• dostęp do elementów
• użycie tablicy jako parametru funkcji
• Zapisywanie tablic do pliku

Sposoby deklaracji tablic

Tablicę deklaruje się w następujący sposób:

 typ nazwa_tablicy[rozmiar];

gdzie rozmiar oznacza ile zmiennych danego typu możemy zmieścić w tablicy. Zatem aby np. zadeklarować tablicę, mieszczącą 20 liczb całkowitych możemy napisać tak:

 int tablica[20];

Podobnie jak przy deklaracji zmiennych, także tablicy możemy nadać wartości początkowe przy jej deklaracji. Odbywa się to przez umieszczenie wartości kolejnych elementów oddzielonych przecinkami wewnątrz nawiasów klamrowych:

 int tablica[3] = {0,1,2};

Niekoniecznie trzeba podawać rozmiar tablicy, np.:

 int tablica[] = {1, 2, 3, 4, 5};

W takim przypadku kompilator sam ustali rozmiar tablicy (w tym przypadku - 5 elementów).

Rozpatrzmy następujący kod:

 #include <stdio.h>
 #define ROZMIAR 3
 int main()
 {
   int tab[ROZMIAR] = {3,6,8};
   int i;
   puts ("Druk tablicy tab:");
 
   for (i=0; i<ROZMIAR; ++i) {
     printf ("Element numer %d = %d\n", i, tab[i]);
   }
   return 0;
 }

Wynik:

Druk tablicy tab:
Element numer 0 = 3
Element numer 1 = 6
Element numer 2 = 8

Jak widać, wszystko się zgadza.

W powyżej zamieszczonym przykładzie użyliśmy stałej do podania rozmiaru tablicy. Jest to o tyle pożądany zwyczaj, że w razie potrzeby zmiany rozmiaru tablicy, zmieniana jest tylko wartość w jednej linijce kodu przy #define, w innym przypadku musielibyśmy szukać wszystkich wystąpień rozmiaru rozsianych po kodzie całego programu.

Odczyt/zapis wartości do tablicy

Tablicami posługujemy się tak samo jak zwykłymi zmiennymi. Różnica polega jedynie na podawaniu indeksu tablicy. Określa on, z którego elementu (wartości) chcemy skorzystać spośród wszystkich umieszczonych w tablicy. Numeracja indeksów rozpoczyna się od zera, co oznacza, że pierwszy element tablicy ma indeks równy 0, drugi 1, trzeci 2, itd.

Spróbujmy przedstawić to na działającym przykładzie. Przeanalizuj następujący kod:

 int tablica[5] = {0};
 int i = 0;
 tablica[2] = 3;
 tablica[3] = 7;
 for (i=0;i!=5;++i) {
   printf ("tablica[%d]=%d\n", i, tablica[i]);
 }

Jak widać, na początku deklarujemy 5-elementową tablicę, którą od razu zerujemy. Następnie pod trzeci i czwarty element (liczone począwszy od 0) podstawiamy liczby 3 i 7. Pętla ma za zadanie wyprowadzić wynik naszych działań.

Tablica może być również zmieniana w obrębie funkcji

rozmiar tablicy

Rozmiar tablicy jednowymiarowej

   size_t n = sizeof( a ) / sizeof( a[0] );

Zobacz :

• gcc Wsizeof-array-argument

Ograniczenia tablic

Pomimo swej wygody tablice statyczne mają ograniczony, z góry zdefiniowany rozmiar, którego nie można zmienić w trakcie działania programu. Dlatego też w niektórych zastosowaniach tablice statyczne zostały wyparte tablicami dynamicznymi, których rozmiar może być określony w trakcie działania programu. Zagadnienie to zostało opisane w następnym rozdziale.

Wystarczy pomylić się o jedno miejsce (tzw. błąd off by one) by spowodować, że działanie programu zostanie nagle przerwane przez system operacyjny ( błąd przy uruchamianiu ) :

 int foo[100];
 int i;
 
 for (i=0; i<=100; i+=1) /* powinno być i<100 */
   foo[i] = 0;

 /* program powinien zakończyć się błędem */

Rozwiązanie:

• cppcheck sprawdza zakres (Bounds checking )

Zobacz również

• Więcej o tablicach (rozszerzenie materiału)
• Tablice jako parameter funkcji
• tablice dynamiczne
• zfp to biblioteka C/C++ typu open source dla skompresowanych tablic numerycznych, która obsługuje dostęp swobodny do odczytu i zapisu o dużej przepustowości. zfp obsługuje również kompresję strumieniową danych całkowitych i zmiennoprzecinkowych, np. dla aplikacji, które odczytują i zapisują duże zbiory danych na dysku iz niego. zfp jest napisany głównie w C i C++, ale zawiera również powiązania Python i Fortran.
• BitArray in C by Isaac Turner