Массивы и указатели в языке программирования Си (стр. 1 из 2)
Лабораторная работа
"Массивы и указатели в языке программирования Си++"
1. Теоретические сведения
Цель работы: ознакомиться с основными принципами работы с одномерными и двумерными массивами. Освоить работу с указателями и операциями над указателями.
Массивы
Массив состоит из нескольких элементов одного и того же типа. Можно выбирать любой элемент массива. Для этого необходимо задать индекс, который указывает относительную позицию элемента. число элементов массива задается при его объявлении и в дальнейшем не меняется. Если массив объявлен, к любому его элементу можно обратиться следующим образом: указать имя массива и индекс его элемента в квадратных скобках.
Массивы объявляются так же, как и переменные. Например:
int a[100];
float c[10][20];
В первой строке объявляем массив а из 100 элементов целого типа: а[0],a[1], … ,a[99] (индексация всегда начинается с нуля). Во второй строке объявлен двумерный массив вещественного типа. Двумерный массив представляется как одномерный, элементы которого являются тоже массивами. В первых квадратных скобках указывается количество строк в массиве, во вторых – количество столбцов.
Пример 1. Задан одномерный массив S, состоящий из десяти элементов вещественного типа. Вывести на экран дисплея значения элементов этого массива в обратном порядке.
#include <stdio.h>
main()
{float s[10];
int i;
for (i=0;i<10;i++)
scanf("%f",&s[i]); /*ввод элементов массива*/
for (i=9;i>=0;i--)
printf("%f",s[i]); /* вывод элементов в обратном порядке*/
}
Пример 2. Задана двумерная матрица а, имеющая пять строк и пять столбцов. Определить номер строки с наибольшим числом единиц в этой строке.
#include <stdio.h>
main()
{int i,j,p,q=0,f=0,a[5][5];
for (i=0;i<5;i++)
for (j=0;j<5;j++)
scanf("%d", &a[i][j]); /*ввод матрицы*/
/*поиск в матрице а строки с наибольшим числом единиц*/
for (i=0;i<5;i++)
{p=0;
for (j=0;j<5;j++)
if (f[i][j]==1) p++;
if (q<p) {q=p; f=i;}
}
/*f – номер строки с наибольшим числом единиц, q – число единиц в f-й строке*/
printf("%d %d",f,q);
}
Пример 3. Переставить местами элементы главной и побочной диагоналей массива D(6,6). Полученную матрицу вывести на экран дисплея.
#include <stdio.h>
main()
{int i,j,a,d[6][6];
for (i=0;i<6;i++)
for (j=0;j<6;j++)
scanf("%d", &d[i][j]); /*ввод матрицы*/
/*перестановка местами элементов главной и побочной диагоналей*/
for (i=0; i<5; i++)
{a=d[i][i];
d[i][i]=d[i][6-i];
d[i][6-i]=a;
}
for (i=0; i<6; i++)
for (j=0; j<6; j++)
printf("%d%c", d[i][j], (j==5)?"\n":" ");
/*вывод по строкам элементов матрицы*/
}
При выводе элементов матрицы по строкам применена тернарная операция. Смысл этой операции сводится к следующему: если j=5 (закончен вывод элементов по строке), то курсор переводится в начало следующей строки (работает символьная константа "\n"), в противном случае выводится один пробел. Так как в операторе вывода используется символьная константа, то применена спецификация %c.
В заключении этого раздела отметим, что массив можно инициализировать, т.е. присвоить его элементам начальные значения. Это делается при объявлении типа массива, например: int a[5]= { 0, 0, 0, 0, 0};
Это значит, что все элементы массива получают нулевое значение.
Двумерный массив можно инициализировать следующим образом:
int a[3][3] = {{10,20,30},
{40,50,60},
{70,80,90}};
При инициализации число элементов можно не указывать, т.к. в этом случае оно может быть вычислено по количеству присваиваемых значений (в фигурных скобках), например:
int a[] = {10,20,30,40,50};
Указатели
Указатели и одномерные массивы
Указатель – это переменная, которая содержит адрес переменной. Так как указатель – это адрес некоторого объекта, то через него можно обращаться к данному объекту.
В СИ существует тесная связь между указателями и массивами. Любой доступ к элементу массива, осуществляемый операцией индексирования, может быть выполнен при помощи указателя.
Декларация
int a[10];
определяет массив а размера 10, т.е. блок из десяти последовательных объектов, представленных на рисунке, с именами a[0], a[1], … ,a[9].
Запись a[i] отсылает нас к i-му элементу массива. Если ра есть указатель, т.е. определен как int *pa;, то в результате присваивания
pa = &a[0];
pa будет указывать на нулевой элемент массива а; иначе говоря, ра будет содержать адрес элемента a[0] (см. рис.). Теперь присваивание
x=*pa;
будет копировать содержимое а[0] в х.
Если ра указывает на некоторый элемент массива, то ра+1 по определению указывает на следующий элемент (см. рис.).Таким образом, если ра указывает на a[0], то *(ра+1) есть содержимое a[1], ра+1 – адрес a[1], *(ра+i) – содержимое a[i].
Поскольку имя массива есть не что иное как адрес его начального элемента, присваивание
pa=&a[0];
можно также записать в следующем виде:
pa = a;
Так как ра – указатель , то в выражениях его можно использовать с индексом, то есть запись pa[i] эквивалентна записи *(pa+i). Элемент массива одинаково разрешается изображать и в виде указателя со смещением, и в виде имени массива с индексом.
Между именем массива и указателем, выступающим в роли имени массива, существует одно различие. Указатель – это переменная, поэтому можно написать pa=a или pa++. Но имя массива не является переменной, и запись типа a=pa не допускается. Следует также различать выражения *(a+2) и *a+2: *(а+2) – значение третьего элемента массива а; *а+2 – добавление числа 2 к значению первого элемента массива.
Пример 4. Вывести значения одномерного массива обычным способом и с использованием указателей.
#include <stdio.h>
int a[6]={10,20,30,40,50,60};
/*объявление и инициализация массива*/
main ()
{int i, *p;
for (i=0; i<6; i++)
printf("%d",a[i]); /*вывод массива обычным способом*/
for (p=&a[0];p<=&a[5];p++)
printf("%d",*p); /*вывод массива с использованием указателя*/
for (p=&a[0],i=0; i<6; i++)
printf("%d",p[i]); /*еще один вариант с использованием указателя*/
}
Дадим еще некоторые пояснения. Операция р++ увеличивает значение указателя на единицу. Если p=&a[i], то после операции р++ в р содержится адрес элемента a[i+1].
Пример 5. Найти среднее арифметическое массива, состоящего из шести элементов, с использованием указателя.
#include <stdio.h>
int a[]={10,20,30,40,50,60}
main()
{int i,*p;
float s;
p=a; /*указатель получает значение адреса нулевого элемента массива*/
for (s=0,i=0; i<6; i++)
s+=*(p+i); /*получение суммы элементов массива*/
s=s/6; /*среднее арифметическое массива*/
printf("%f",s);
}
Пример 6. Решить задачу, приведенную в примере 1, с использованием указателя.
#include <stdio.h>
main()
{float s[10];
int *p,i;
for (i=0;i<10;i++)
scanf("%f",s[i]);
p=&s[9]; /*указатель получает значение адреса последнего элемента массива*/
for (i=0; i<10; i++)
printf("%f",*(p-i)); /*вывод элементов в обратном порядке*/
for (p=&a[9]; p>=&a[0]; p--) /*еще один способ вывода элементов в обратном порядке*/
printf("/n%d",*p);
}
Указатели и двумерные массивы
Предположим, что у нас есть описания:
int z[4][2]; /**/
int pz; /**/
Тогда pz=z указывает на нулевой столбец нулевой строки, т.е.
pz=&z[0][0];
Пример 7. Вывести на экран значения нулевого, второго и четвертого элементов массива.
#include <stdio.h>
int a[]=(10,20,30,40,50,60); /*объявление и инициализация массива а*/
main()
{
for (p=a,i=0; p+i<=a+4; p++, i++)
printf("%d"; (p+i)); /*вывод на экран значений нулевого, второго и четвертого элементов*/
}
В цикле происходит одновременное увеличение указателя р и индекса i на единицу, вследствие чего на экран после нулевого элемента выводится второй, и затем четвертый. Поскольку элементы двумерного массива хранятся в памяти ЭВМ по строкам, то
pz+1 = &z[0][1], pz+2 = &z[1][0], pz+3 = &z[1][1] и т.д.
Двумерный массив описан как массив массивов. Если z является именем массива, то каковы имена четырех строк, каждая из которых является массивом из двух элементов? Имя первой строки z[0], второй - z[1], и т.д. Однако имя массива является также указателем на этот массив в том смысле, что оно ссылается на первый его элемент. Значит:
z[0]=&z[0][0], z[1]=&z[1][0], z[2]=&z[2][0], z[3]=&z[3][0].
Пример 8. Задана матрица а. Вывести на экран элементы главной диагонали, первой строки и значений первых элементов каждой строки матрицы, применив для этого указатели.
#include <stdio.h>
int a[3][3]={{10,20,30},
{40,50,60},
{70,80,90}};
/*объявление и инициализация двумерного массива*/
int *pa[3]={a[0],a[1],a[2]};
/*объявление и инициализация указателя ра на строки массива а и присвоение начальных значений : pa[0]=a[0]; pa[1]=a[1]; pa[2]=a[2]*/
int p=a[0]; /*объявление указателя на нулевой элемент нулевой строки массива а*/
main ()
{int i;
for (i=0;i<9;i+=4)
printf("%d",*(p+i)); /*вывод на экран элементов главной диагонали*/
for (i=0; i<3; i++)
printf("%d",*p[i]); /*вывод на экран элементов первой строки*/
for (i=0; i<3; i++)
printf("%d",pa[i]); /*вывод на экран первых элементов каждой строки матрицы*/
}
Сделаем некоторые пояснения для первого оператора цикла. Представим матрицу в виде одномерного массива, записанного по строкам:
a[0][0],a[0][1],a[0][2],a[1][0],a[1][1],a[1][2],a[2][0],a[2][1],a[2][2]
Тогда элементы, стоящие на главной диагонали, занимают нулевое, четвертое и восьмое места, т.е. интервал между интересующими нас элементами равен четырем, поэтому переменная i изменяется с шагом 4. Соответственно с таким же шагом меняются адреса ячеек, содержимое которых выводится на экран.
2. Задание
Задание взять из таблицы согласно заданному варианту. Написать два варианта программы: без применения указателей и с указателями.
Таблица
| № варианта | Задание |
| 1 | Определить, является ли заданная квадратная матрица А(5,5) симметричной относительно главной диагонали. |
| 2 | Задана матрица В(4,4). Определить, отсортированы ли все элементы первого столбца в возрастающем порядке. |
| 3 | Задана матрица С(5,5). Поменять местами максимальный элемент каждой строки с первым элементом соответствующей строки. |
| 4 | Переписать первые элементы каждой строки матрицы D(3,3), которые больше 10, в массив В. |
| 5 | Задана матрица Q(5,5). Заменить последний нуль в каждой строке на 5. |
| 6 | Задана матрица D(4,4). Определить максимальный среди положительных, минимальный среди отрицательных и поменять их местами. |
| 7 | Задана матрица А(4,4). Заменить первый нуль в каждом столбце на количество нулей в этом столбце. |
| 8 | Задана матрица F(9,3). определить, равны ли все элементы первого столбца соответствующим элементам главной диагонали. Если нет, то поменять их местами. |
| 9 | Задана матрица C(5,5). Получить вектор В, каждый элемент которого равен количеству нулей, стоящих в столбце матрицы. |
| 10 | Задана матрица В(4,4). Если в строке есть хотя бы одна единица, то заменить эту строку нулями. |
| 11 | Задана матрица Q(3,3). Если на главной диагонали стоит нуль, то соответствующую строку заменить единицами. |
| 12 | Задана матрица D(4,4). Если максимальный элемент матрицы стоит на главной диагонали, то все элементы главной диагонали сделать равными максимальному. |
| 13 | Задана матрица С(5,5). Если минимальный элемент стоит в первой строке, то все элементы, стоящие в строке за ним, заменить нулями. |
| 14 | Задана матрица А(4,4). Если максимальный элемент матрицы равен сумме элементов первой строки, то поменять местами первую строку с той строкой, где находится максимальный элемент. |
| 15 | Задана матрица А(4,4). Если максимальный элемент матрицы равен сумме элементов первой строки, то поменять местами первую строку с той строкой, где находится максимальный элемент. |
Литература