Массивы трех и более измерений

Массивы и строки

В этой главе речь вновь пойдет о типах данных в С#. В ней рассматриваются массивы и тип string, а также оператор цикла foreach.

Массивы

Массив представляет собой совокупность перемен­ных одного типа с общим для обращения к ним именем. В C# массивы могут быть как одномерными, так и многомер­ными, хотя чаще всего применяются одномерные массивы. Массивы служат самым разным целям, поскольку они пре­доставляют удобные средства для объединения связанных вместе переменных. Например, в массиве можно хранить максимальные суточные температуры, зарегистрированные в течение месяца, перечень биржевых курсов или же назва­ния книг по программированию из домашней библиотеки.

Главное преимущество массива - в организации данных таким образом, чтобы ими было проще манипулировать. Так, если имеется массив, содержащий дивиденды, выпла­чиваемые по определенной группе акций, то, организовав циклическое обращение к элементам этого массива, можно без особого труда рассчитать средний доход от этих акций. Кроме того, массивы позволяют организовать данные та­ким образом, чтобы легко отсортировать их.

Массивами в C# можно пользоваться практически так же, как и в других языках программирования. Тем не менее у них имеется одна особенность: они реализованы в виде объектов. Именно поэтому их рассмотрение было отло­жено до тех пор, пока в этой книге не были представлены объекты. Реализация массивов в виде объектов дает ряд существенных преимуществ, и далеко не самым последним среди них является возможность утилизировать неис­пользуемые массивы средствам "сборки мусора".

Одномерные массивы

Одномерный массив представляет собой список связанных переменных. Такие спи­ски часто применяются в программировании. Например, в одномерном массиве мож­но хранить учетные номера активных пользователей сети или текущие средние уровни достижений бейсбольной команды.

Для тoro чтобы воспользоваться массивом в программе, требуется двухэтапная про­цедура, поскольку в C# массивы реализованы в виде объектов. Во-первых, необходимо объявить переменную, которая может обращаться к массиву. И во-вторых, нужно соз­дать экземпляр массива, используя оператор new. Так, для объявления одномерного массива обычно применяется следующая общая форма:

тип[] имя_массива = new тип[размер] ;

где тип объявляет конкретный тип элемента массива. Тип элемента определяет тип данных каждого элемента, составляющего массив. Обратите внимание на квадратные скобки, которые сопровождают тип. Они указывают на то, что объявляется одномер­ный массив. А размер определяет число элементов массива.

Если у вас имеется некоторый опыт программирования на С или C++, обратите особое внимание на то, как объявляются массивы в С#. В частности, квадратные скобки следуют после названия типа, а не имени массива.

Обратимся к конкретному примеру. В приведенной ниже строке кода создается массив типа int, который составляется из десяти элементов и связывается с перемен­ной ссылки на массив, именуемой sample.

int[] sample = new int[10];

В переменной sample хранится ссылка на область памяти, выделяемой для массива оператором new. Эта область памяти должна быть достаточно большой, чтобы в ней могли храниться десять элементов массива типа int.

Как и при создании экземпляра класса, приведенное выше объявление массива можно разделить на два отдельных оператора. Например:

int[] sample;

sample = new int[10];

В данном случае переменная sample не ссылается на какой-то определенный фи­зический объект, когда она создается в первом операторе. И лишь после выполнения второго оператора эта переменная ссылается на массив.

Доступ к отдельному элементу массива осуществляется по индексу: Индекс обозна­чает положение элемента в массиве. В языке C# индекс первого элемента всех массивов оказывается нулевым. В частности, массив sample состоит из 10 элементов с индекса­ми от 0 до 9. Для индексирования массива достаточно указать номер требуемого элемента в квадратных скобках. Так, первый элемент массива sample обозначается как sample[0], а последний его элемент - как sample[9]. Ниже приведен пример про­граммы, в которой заполняются все 10 элементов массива sample.

Листинг 7.1

// Продемонстрировать одномерный массив.

using System;

class ArrayDemo {

static void Main() {

int[] sample = new int[10];

int i;

for(i = 0; i < 10; i = i+1)

sample[i] = i;

for(i = 0; i < 10; i = i+1)

Console.WriteLine("sample[" + i + "]: " + sample[i]);

}

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

sample[0]: 0

sample[1]: 1

sample[2]: 2

sample[3]: 3

sample[4]: 4

sample[5]: 5

sample[6]: 6

sample[7]: 7

sample[8]: 8

sample[9]: 9

Схематически массив sample можно представить таким образом.

Массивы часто применяются в программировании потому, что они дают возмож­ность легко обращаться с большим числом взаимосвязанных переменных. Например, в приведенной ниже программе выявляется среднее арифметическое ряда значений, хранящихся в массиве nums, который циклически опрашивается с помощью операто­ра цикла for.

Листинг 7.2

// Вычислить среднее арифметическое ряда значений.

using System;

class Average

{

static void Main()

{

int[] nums = new int[10];

int avg = 0;

nums[0] = 99;

nums[1] = 10;

nums[2] = 100;

nums[3] = 18;

nums[4] = 78;

nums[5] = 23;

nums[6] = 63;

nums[7] = 9;

nums[8] = 87;

nums[9] = 49;

for(int i=0; i < 10; i++)

avg = avg + nums[i];

avg = avg / 10;

Console.WriteLine("Среднее: " + avg);

}

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Среднее: 53

Инициализация массива

В приведенной выше программе первоначальные значения были заданы для эле­ментов массива nums вручную в десяти отдельных операторах присваивания. Конечно, такая инициализация массива совершенно правильна, но то же самое можно сделать намного проще. Ведь массивы могут инициализироваться, когда они создаются. Ниже приведена общая форма инициализации одномерного массива:

тип[] имя_массива = {vall, val2, val3, ..., valN};

где vall-valN обозначают первоначальные значения, которые присваиваются по оче­реди, слева направо и по порядку индексирования. Для хранения инициализаторов массива в C# автоматически распределяется достаточный объем памяти. А необходи­мость пользоваться оператором new явным образом отпадает сама собой. В качестве примера ниже приведен улучшенный вариант программы, вычисляющей среднее арифметическое.

Листинг 7.3

// Вычислить среднее арифметическое ряда значений.

using System;

class Average

{

static void Main()

{

int[] nums = { 99, 10, 100, 18, 78, 23,

63, 9, 87, 49 };

int avg = 0;

for(int i=0; i < 10; i++)

avg = avg + nums[i];

avg = avg / 10;

Console.WriteLine("Среднее: " + avg);

}

}

Любопытно, что при инициализации массива можно также воспользоваться опе­ратором new, хотя особой надобности в этом нет. Например, приведенный ниже фраг­мент кода считается верным, но избыточным для инициализации массива nums в упо­мянутой выше программе.

int[] nums = new int[] { 99, 10, 100, 18, 78, 23,

63, 9, 87, 49 };

Несмотря на свою избыточность, форма инициализации массива с оператором new оказывается полезной в том случае, если новый массив присваивается уже существую- щейгпеременной ссылки на массив. Например:

int[] nums;

nums = new int[] { 99, 10, 100, 18, 78, 23,

63, 9, 87, 49 };

В данном случае переменная nums объявляется в первом операторе и инициализи­руется во втором.

И последнее замечание: при инициализации массива его размер можно указывать явным образом, но этот размер должен совпадать с числом инициализаторов. В каче­стве примера ниже приведен еще один способ инициализации массива nums.

int[] nums = new int[10] { 99, 10, 100, 18, 78, 23,

63, 9, 87, 49 };

В этом объявлении размер массива nums задается равным 10 явно.

Соблюдение границ массива

Границы массива в C# строго соблюдаются. Если границы массива не достигаются или же превышаются, то возникает ошибка при выполнении. Для того чтобы убедить­ся в этом, попробуйте выполнить приведенную ниже программу, в которой намерен­но превышаются границы массива.

Листинг 7.4

// Продемонстрировать превышение границ массива.

using System;

class ArrayErr

{

static void Main()

{

int[] sample = new int[10];

int i;

// Воссоздать превышение границ массива.

for(i = 0; i < 100; i = i+1)

sample[i] = i;

}

}

Как только значение переменной i достигает 10, возникнет исключительная ситуа­ция типа IndexOutOfRangeException, связанная с выходом за пределы индексирова­ния массива, и программа преждевременно завершится.

Многомерные массивы

В программировании чаще всего применяются одномерные массивы, хотя и много­мерные не так уж и редки. Многомерным называется такой массив, который отличается двумя или более измерениями, причем доступ к каждому элементу такого массива осуществляется с помощью определенной комбинации двух или более индексов.

Двумерные массивы

Простейшей формой многомерного массива является двумерный массив. Местопо­ложение любого элемента в двумерном массиве обозначается двумя индексами. Такой массив можно представить в виде таблицы, на строки которой указывает один индекс, а на столбцы - другой.

В следующей строке кода объявляется двумерный массив integer размерами 10x20.

int[,] table = new int[10, 20];

Обратите особое внимание на объявление этого массива. Как видите, оба его разме­ра разделяются запятой. В первой части этого объявления синтаксическое обозначение

[,]

означает, что создается переменная ссылки на двумерный массив. Если же память рас­пределяется для массива с помощью оператора new, то используется следующее син­таксическое обозначение.

int[10,20]

В данном объявлении создается массив размерами 10x20, но и в этом случае его раз­меры разделяются запятой.

Для доступа к элементу двумерного массива следует указать оба индекса, разделив их запятой. Например, в следующей строке кода элементу массива table с координа­тами местоположения (3,5) присваивается значение 10.

table[3,5] = 10;

Ниже приведен более наглядный пример в виде небольшой программы, в которой двумерный массив сначала заполняется числами от 1 до 12, а затем выводится его со­держимое.

Листинг 7.5

// Продемонстрировать двумерный массив.

using System;

class TwoD

{

static void Main()

{

int t, i;

int[,] table = new int[3, 4];

for(t=0; t < 3; ++t) {

for(i=0; i < 4; ++i) {

table[t,i] = (t*4)+i+1;

Console.Write(table[t,i] + " ");

}

Console.WriteLine();

}

}

}

В данном примере элемент массива table[0,0] будет иметь значение 1, элемент массива table[0,1] - значение 2, элемент массива table[0,2] - значение 3 и т.д. А значение элемента массива table[2,3] окажется равным 12. На рис. 7.1 показано схематически расположение элементов этого массива и их значений.

Рисунок 7.1 - Схематическое представление массива table, созданного в программе TwoD

Если вам приходилось раньше программировать на С, C++ или Java, то будьте особенно внимательны, объявляя или организуя доступ к многомерным массивам в С#. В этих языках программирования размеры массива и индексы указываются в отдельных квадратных скобках, тогда как в C# они разделяются запятой.

Массивы трех и более измерений

В C# допускаются массивы трех и более измерений. Ниже приведена общая форма объявления многомерного массива.

тип[, ...,] имя_массива = new тип[размер1, размер2, ... размерN];

Например, в приведенном ниже объявлении создается трехмерный целочислен­ный массив размерами 4´0´3.

int[,,] multidim = new int[4,10,3];

А в следующем операторе элементу массива multidim с координатами местополо­жения (2,4,1) присваивается значение 100.

multidim[2,4,1] = 100;

Ниже приведен пример программы, в которой сначала организуется трехмерный массив, содержащий матрицу значений 3´3´3, а затем значения элементов этого мас­сива суммируются по одной из диагоналей матрицы.

Листинг 7.6

// Суммировать по одной из диагоналей матрицы 3x3x3.

using System;

class ThreeDMatrix

{

static void Main()

{

int[,,] m = new int[3, 3, 3];

int sum = 0;

int n = 1;

for(int x=0; x < 3; x++)

for(int y=0; y < 3; y++)

for(int z=0; z < 3; z++)

m[x, y, z] = n++;

sum = m[0,0,0] + m[1,1,1] + m[2, 2, 2];

Console.WriteLine("Сумма значений по первой диагонали: " + sum);

}

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

Сумма значений по первой диагонали: 42