C/Tablice

Z Wikibooks, biblioteki wolnych podręczników.

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).

Spis treści 1 Wstęp 1.1 Sposoby deklaracji tablic 2 Odczyt/zapis wartości do tablicy 3 Tablice znaków 4 Tablice wielowymiarowe 5 Ograniczenia tablic 6 Ciekawostki

[edytuj] Wstęp

[edytuj] 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] = {1,2,3};

Może to się wydać dziwne, ale po ostatnim elemencie tablicy może występować przecinek. Ponadto, jeżeli poda się tylko część wartości, w pozostałe wpisywane są zera:

int tablica[20] = {1,};

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;
  printf ("Druk tablicy tab:\n");

  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 konieczności zmiany rozmiaru tablicy zmieniana jest tylko jedna linijka kodu przy stałej, a nie kilkadziesiąt innych linijek, rozsianych po kodzie całego programu.

W pierwotnym standardzie języka C rozmiar tablicy nie mógł być określany przez zmienną lub nawet stałą zadeklarowaną przy użyciu słowa kluczowego const. Dopiero w późniejszej wersji standardu (tzw. C99) dopuszczono taką możliwość. Dlatego do deklarowania rozmiaru tablic często używa się dyrektywy preprocesora #define. Powinni na to zwrócić uwagę zwłaszcza programiści C++, gdyż tam zawsze możliwe były oba sposoby.

Innym sposobem jest użycie operatora sizeof do poznania wielkości tablicy. Poniższy kod robi to samo co przedstawiony:

#include <stdio.h>
int main()
{
  int tab[3] = {3,6,8};
  int i;
  printf ("Druk tablicy tab:\n");

  for (i=0; i<(sizeof tab / sizeof *tab); ++i) {
    printf ("Element numer %d = %d\n", i, tab[i]);
  }
  return 0;
}

Należy pamiętać, że działa on tylko dla tablic, a nie wskaźników (jak później się dowiesz wskaźnik też można w pewnym stopniu traktować jak tablicę).

[edytuj] Odczyt/zapis wartości do tablicy

Z tablicami posługujemy się tak samo jak ze zwykłymi zmiennymi. Różnica polega jedynie na podaniu indeksu tablicy. Określa on jednoznacznie, z którego elementu (wartości) chcemy skorzystać. Indeksem jest liczba naturalna począwszy od zera. To oznacza, że pierwszy element tablicy ma indeks równy 0, drugi 1, trzeci 2, itd.

Uwaga! Osoby, które wcześniej programowały w językach, takich jak Pascal, Basic czy Fortran muszą przyzwyczaić się do tego, że w języku C indeks numeruje się od 0. Ponadto indeksem powinna być liczba - istnieje możliwość indeksowania za pomocą np. pojedynczych znaków ('a','b', itp.) jednak C wewnętrznie konwertuje takie znaki na liczby im odpowiadające, zatem tablica indeksowana znakami byłaby niepraktyczna i musiałaby mieć odpowiednio większy rozmiar.

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 podstawiamy liczby 3 i 7. Pętla ma za zadanie wyprowadzić wynik naszych działań.

[edytuj] 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.

[edytuj] Tablice wielowymiarowe

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 klamer, 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.

[edytuj] Ograniczenia tablic

Pomimo swej wygody tablice mają ograniczony, z góry zdefiniowany rozmiar, którego nie można zmienić w trakcie działania programu. Dlatego też w niektórych zastosowaniach tablice zostały wyparte przez dynamiczną alokację pamięci. Opisane to zostało w następnym rozdziale.

Uwaga! Przy używaniu tablic trzeba być szczególnie ostrożnym przy konstruowaniu pętli, ponieważ ani kompilator, ani skompilowany program nie będą w stanie wychwycić przekroczenia przez indeks rozmiaru tablicy [1]. Efektem będzie odczyt lub zapis pamięci, znajdującej się poza tablicą.

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

int foo[100];
int i;

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

[edytuj] Ciekawostki

W pierwszej edycji konkursu IOCCC zwyciężył program napisany w C, który wyglądał dość nietypowo:

short main[] = {
  277, 04735, -4129, 25, 0, 477, 1019, 0xbef, 0, 12800,
  -113, 21119, 0x52d7, -1006, -7151, 0, 0x4bc, 020004,
  14880, 10541, 2056, 04010, 4548, 3044, -6716, 0x9,
  4407, 6, 5568, 1, -30460, 0, 0x9, 5570, 512, -30419,
  0x7e82, 0760, 6, 0, 4, 02400, 15, 0, 4, 1280, 4, 0,
  4, 0, 0, 0, 0x8, 0, 4, 0, ',', 0, 12, 0, 4, 0, '#',
  0, 020, 0, 4, 0, 30, 0, 026, 0, 0x6176, 120, 25712,
  'p', 072163, 'r', 29303, 29801, 'e'
};

Co ciekawe - program ten bez przeszkód wykonywał się na komputerach VAX-11 oraz PDP-11. Cały program to po prostu tablica z zawartym wewnątrz kodem maszynowym! Tak naprawdę jest to wykorzystanie pewnych właściwości programu, który ostatecznie produkuje kod maszynowy. Linker (to o nim mowa) nie rozróżnia na dobrą sprawę nazw funkcji od nazw zmiennych, więc bez problemu ustawił punkt wejścia programu na tablicę wartości, w których zapisany był kod maszynowy. Tak przygotowany program został bez problemu wykonany przez komputer.