Как создать массив с неизвестным количеством элементов c

3. Инициализация массивов

Для описания правил инициализации массивов необходимо кратко рассказать о тривиальных типах.

3.1. Тривиальные типы и неинициализированные переменные

Конструкторы и деструкторы можно назвать ключевыми элементами объектной модели С++. При создании объекта обязательно вызывается конструктор, а при удалении — деструктор. Но проблемы совместимости с С вынудили сделать некоторое исключение, и это исключение называется тривиальные типы. Они введены для моделирования сишных типов и сишного жизненного цикла переменных, без обязательного вызова конструктора и деструктора. Сишный код, если он компилируется и выполняется в С++, должен работать так же, как в С. К тривиальным типам относятся числовые типы, указатели, перечисления, а также классы, структуры, объединения и массивы, состоящие из тривиальных типов. Классы и структуры должны удовлетворять некоторым дополнительным условиям: отсутствие пользовательского конструктора, деструктора, копирования, присваивания, виртуальных функций.

Переменная тривиального типа будет неинициализированной, если не использовать какой-нибудь вариант явной инициализации. Для тривиального класса компилятор может сгенерировать конструктор по умолчанию и деструктор. Конструктор по умолчанию обнуляет объект, деструктор ничего не делает. Но этот конструктор будет сгенерирован и использован только, если использовать какой-нибудь вариант явной инициализации, иначе переменная останется неинициализированной.

Неинициализированная переменная устроена следующим образом: если она объявлена в области видимости пространства имен (глобально), будет иметь все биты нулевыми, если локально, или создана динамически, то получит случайный набор битов. Понятно, что использование такой переменной может привести к непредсказуемому поведению программы. Массивы достаточно часто имеют тривиальный тип и поэтому эта проблема для них весьма актуальна.

Неинициализированные константы тривиального типа выявляет компилятор, иногда он выявляет и другие неинициализированные переменные, но с этой задачей лучше справляются статические анализаторы кода.

В стандартной библиотеке С++11 есть шаблоны, называемые свойствами типов (заголовочный файл ). Один из них позволяет определить, является ли тип тривиальным. Выражение std::is_trivial::value имеет значение true , если T тривиальный тип и false в противном случае.

3.2. Синтаксис инициализации массивов

3.2.1. Общие положения

Если не использовать явную инициализацию, то для массивов нетривиального типа гарантируется вызов конструктора по умолчанию для каждого элемента. Естественно, что в этом случае такой конструктор должен быть, иначе возникает ошибка. Но для массивов тривиального типа или, если конструктор по умолчанию отсутствует или не устраивает, необходимо использовать явную инициализацию.

Со времен C массивы можно было инициализировать с помощью синтаксиса агрегатной инициализации:

int a[4] = < 1, 2, 3, 4 >;

В С++11 появилась универсальная инициализация (uniform initialization) и теперь можно инициализировать так:

int a[4]< 1, 2, 3, 4 >;

Для универсальной инициализации также можно использовать =, и различать эти два типа инициализации не всегда просто, а, скорее всего, не очень нужно.

Размер массива можно не указывать, тогда он определится по числу инициализаторов.

int a[] < 1, 2, 3, 4 >;

Если размер массива указан, то число инициализаторов не должно быть больше размера массива. Если размер массива больше числа инициализаторов, то для оставшихся элементов гарантируется вызов конструктора по умолчанию (который, естественно, должен быть), в том числе и для тривиальных типов. Таким образам, указав пустой список инициализации, мы гарантируем вызов конструктора по умолчанию для всех элементов массива тривиального типа.

int a[4]<>;

Массивы констант тривиального типа требуют обязательного списка инициализации.

const int a[4] = < 3, 2, 1 >;

Число инициализаторов может быть меньше размера массива, в этом случае оставшиеся элементы инициализируются конструктором по умолчанию.

Символьные массивы можно инициализировать строковым литералом.

const char str[] = "meow"; const wchar_t wstr[] = L"meow";

Размер такого массива будет на единицу больше числа символов строки, нужно хранить завершающий нулевой символ.

3.2.2. Инициализация членов класса

В С++11 появилась возможность инициализировать массивы, являющиеся нестатическими членами класса. Это можно сделать двумя способами: непосредственно при объявлении или в списке инициализации членов при определении конструктора.

class X < int a[4]< 1, 2, 3, 4 >; int b[2]; // . public: X(int u, int v) : b < u, v ><> // . >;

Правда в этом случае надо всегда явно задавать размер массива, неявное определение размера через список инициализации не разрешается.

Статические массивы, как и ранее, можно инициализировать только при определении, размер массива может быть определен через список инициализации.

class X < static int A[]; // . >; int X::A[] = < 1, 2, 3, 4 >;

В C++17 появилась возможность объявлять статические члены (включая массивы) как inline . Таки члены можно инициализировать при объявлении, определение не обязательно.

class X < inline static int A[]< 1, 2, 3, 4 >; // . >;

3.2.3. Требования к инициализаторам

Выражения, стоящие в списке инициализации, вычисляются непосредственно перед инициализацией, они не обязаны быть известными на стадии компиляции (конечно, за исключением массивов, объявленных как constexpr ). Требования к элементам списка инициализации такие же как и к аргументу функции, имеющей параметр того же типа, что и элемент массива — должно существовать неявное преобразование от типа элемента списка инициализации к типу элемента массива. Пусть у нас есть объявление массива:

Наличие нужного преобразования эквивалентно корректности инструкции

T t = x1;

Элемент списка инициализации может быть сам списком инициализации. В этом случае корректность этой инструкции также гарантирует корректную инициализацию элемента массива.

class Int < int m_Value; public: Int(int v) : m_Value(v) <>// . >; // . int x, y; // . Int rr[] = < x, y >;

Если мы объявим конструктор Int как explicit , то последнее объявление станет некорректным. В этом случае придется писать

Int rr[] = < Int(x), Int(y) >;

Этот пример также демонстрирует как с помощью списка инициализации мы можем создать массив для типа у которого нет конструктора по умолчанию. Но в этом случае число инициализаторов должно совпадать с размером массива.

4. Указатели и ссылки на массивы

4.1. Указатели на массивы

Пусть у нас объявлен массив

T a[N];

Указатель на этот массив объявляется и инициализируется следующим образом:

T(*pa)[N] = &a;

Для получения указателя используется традиционный оператор & . Тип указателя на массива обозначается как T(*)[N] .

Обратим внимание на использование скобок, без них мы получим объявление массива из N элементов типа указатель на T .

Указатель на массив — это не указатель на первый элемент (хотя побитово они, конечно, совпадают), здесь нет никакого сведения. Это полноценный тип, который «знает» размер массива. Поэтому при инициализации размеры должны совпадать.

int a[4]; int(*pa)[4] = &a; // OK int(*p2)[2] = &a; // ошибка, размеры не совпадают

При инкременте указатель на массив увеличивается на размер всего массива, а не на размер элемента.

Для доступа к элементу массива через указатель надо использовать оператор * и индексатор.

(*pa)[3] = 42;

При использовании псевдонимов можно получить более привычный синтаксис объявления указателя на массив.

using I4 = int[4]; I4 a< 1, 2, 3, 4 >; I4 *pa = &a;

Также можно использовать auto , компилятор правильно выводит тип переменной как указатель на массив исходя из типа инициализатора.

int a[4]; auto pa = &a; // тип pa выводится как int(*)[4]

Понимание указателей на массивы необходимо для правильной работы с многомерными массивами, которые подробно будут рассмотрены далее.

4.2. Ссылки на массивы

Пусть у нас объявлен массив

T a[N];

Ссылка на этот массив объявляется и инициализируется следующим образом:

Как и для любой ссылки, инициализация переменной типа ссылка на массив является обязательной. Тип ссылки на массива обозначается как T(&)[N] .

Также ссылку на массив можно инициализировать разыменованным указателем на массив.

T(*pa)[N] = &a; T(&ra)[N] = *pa;

Как и указатель, ссылка «знает» размер массива. Поэтому при инициализации размеры должны совпадать.

int a[4]; int(&ra)[4] = a; // OK int(&r2)[2] = a; // ошибка, размеры не совпадают

Доступ к элементу массива через ссылку осуществляется так же, как и через идентификатор массива.

ra[3] = 0;

Ссылки на массивы как раз и являются теми средствами, с помощью которых можно обойти сведение.

void Foo(T(&a)[N]);

ожидает аргументы типа T[N] , указатели для нее не подходят.

При использовании псевдонимов можно получить более привычный синтаксис объявления ссылки на массив.

using I4 = int[4]; I4 a< 1, 2, 3, 4 >; I4 &ra = a;

Также можно использовать auto , компилятор выводит тип переменной как ссылка на массив.

int a[4]; auto &ra = a; // тип ra выводится как int(&)[4]

Обратите внимание на наличие & после auto , без него произошло бы сведение, и тип ra вывелся бы как int* .

При конкретизации шаблона функции

template void Foo(T& t);

тип параметра шаблонной функции также будет выведен как ссылка на массив, если аргумент является массивом.

Особенно удобно использовать шаблоны с выводом типа и размера массива.

template void Foo(T(&a)[N]);

При конкретизации такого шаблона компилятор выводит тип элементов T и размер массива N (который гарантировано больше нуля). В качестве аргументов можно использовать только массивы, указатели будут отвергнуты. Именно этот прием используется при реализации макроса _countof() и шаблона функции std::size() , а так же шаблонов функций std::begin() и std::end() , которые обеспечивают для массивов реализацию диапазонного for и делают более комфортной работу с алгоритмами. В разделе 5 приведен пример реализации такого шаблона.

5. Многомерные массивы

C++ не поддерживает настоящие многомерные массивы, то есть выражение a[N, M] некорректно, но многомерность моделируется в виде «массива массивов», то есть можно использовать выражение a[N][M] .

Если T некоторый тип, N и M выражения, допустимые для определения размера массива, то инструкция

T a[N][M];

объявляет a как массив массивов, массив из N элементов, каждый из которых является массивом из M элементов типа T . Такой массив будем называть двумерным массивом. Выражение a[i][j] , где i от 0 до N-1 , j от 0 до M-1 , дает доступ к элементам этого массива. Первый индекс выбирает массив из массива массивов, второй выбирает элемент в этом массиве. Значение N можно назвать внешним размером двумерного массива, M внутренним. Тип многомерного массива обозначается как T[N][M] .

Выражение a[i] является массивом из M элементов типа T . Соответственно к нему может быть применено сведение, у него можно взять адрес или использовать для инициализации ссылки.

T *dai = a[i]; T(*pai)[M] = &a[i]; T(&rai)[M] = a[i];

Сведение преобразует массив к указателю на элемент. Для двумерного массива этот элемент сам является массивом, а значит двумерный массив сводится к указателю на массив.

T a[N][M]; T(*da)[M] = a;

Таким образом, при передаче двумерного массива в функцию следующие варианты объявления соответствующего параметра эквивалентны:

void Foo(T a[N][M]); void Foo(T a[][M]); void Foo(T(*a)[M]);

Это означает, что внешний размер двумерного массива теряется и его надо передавать отдельным параметром.

При использовании псевдонимов можно получить более лаконичный синтаксис объявления двумерных массивов.

using I4 = int[4]; I4 b[2];

Это то же самое, что

int b[2][4];

Двумерные массивы инициализируются следующим образом:

int b[2][4] = , >;

Если нужно гарантировать только инициализацию по умолчанию, то можно использовать пустой список инициализации <> . Определения размера по списку инициализации возможно только по внешнему размеру.

int b[][4] = , >; // ОК int b[][] = , >; // ошибка

Можно получить указатель на двумерный массив:

T a[N][M]; T(*pa)[N][M] = &a;

Также можно получить ссылку. Вот пример использования ссылки на двумерный массив.

template void Print2dArray(T(&a)[N][M]) < for (int i = 0; i < N; ++i) < for (int j = 0; j < M; ++j) < std::cout std::cout > // . int b[2][4] = , >; Print2dArray(b);

1 2 3 4 5 6 7 8

Двумерный массив хорошо согласуется с математическими матрицами. В объявлении

T mtx[N][M];

N можно интерпретировать как число строк матрицы, M как число столбцов, тогда mtx[i][j] это элемент матрицы находящийся на пересечении i -й строки и j -го столбца, а mtx[i] это массив размера M , который представляет i -ю строку матрицы. Соответственно, такая матрица располагается в памяти по строкам. Правда в математике принято нумеровать строки и столбцы с единицы, а не с нуля.

6. Динамические массивы

В C++ отсутствует тип «динамический массив». Имеются только операторы для создания и удаления динамического массива, доступ к нему осуществляется через указатели на начало массива (своего рода полное сведение). Размер такого массива надо хранить отдельно. Динамические массивы желательно инкапсулировать в C++ классы.

6.1. Создание и удаление динамического массива

Если T некоторый тип, n переменная, значение которой может определяются в процессе выполнения программы, то инструкция

T *pa = new T[n];

создает массив в динамической памяти. Тип переменной n должен приводиться к std::size_t , значение может быть нулем. Размер памяти, необходимой для размещения массива, то есть n*sizeof(T) , ограничен сверху платформой и компилятором. Переменная pa указывает на первый элемент массива.

Если тип T тривиальный, то элементы будут иметь случайное значение, в противном случае для инициализации элементов будет использован конструктор по умолчанию.

В C++11 появилась возможность использовать список инициализации.

int *pa = new int[n];

Если число инициализаторов больше размера массива, то лишние не используются (компилятор может выдать ошибку, если значение n известно на стадии компиляции). Если размер массива больше числа инициализаторов, то для оставшихся элементов гарантируется вызов конструктора по умолчанию, в том числе и для тривиальных типов. Таким образам, указав пустой список инициализации, мы гарантируем вызов конструктора по умолчанию для всех элементов массива тривиального типа.

Оператор new[] сначала выделяет память для всего массива. Если выделение прошло успешно, то, если T нетривиальный тип или есть список инициализации, вызывается конструктор для каждого элемента массива начиная с нулевого. Если какой-нибудь конструктор выбрасывает исключение, то для всех созданных элементов массива вызывается деструктор в порядке, обратном вызову конструктора, затем выделенная память освобождается. Стандартные функции выделения памяти при невозможности удовлетворить запрос выбрасывают исключение типа std::bad_alloc .

Динамический массив удаляется оператором delete[] , который применяется к указателю, возвращаемому оператором new[] .

delete[] pa;

При этом, если при создании массива использовался конструктор, то для всех элементов массива вызывается деструктор в порядке, обратном вызову конструктора (деструктор не должен выбрасывать исключений), затем выделенная память освобождается.

В остальных отношениях указатель pa , возвращаемый оператором new[] , является просто указателем на начало массива, через него нельзя (во всяком случае «законно») получить размер массива, этот размер надо хранить отдельно. Соответственно с динамическим массивом нельзя использовать диапазонный for . Указатели в C/C++ поддерживают индексатор (встроенный оператор [] ), поэтому доступ к элементам динамического массива выглядит так же, как и к обычному массиву, контроля за корректностью индекса нет.

6.2. Динамические массивы и интеллектуальные указатели

Стандартный интеллектуальный указатель std::unique_ptr<> можно использовать для управления жизненным циклом динамического массива (см. [Josuttis]). Он имеет частичную специализацию для массивов (см. раздел 7), которая перегружает оператор [] вместо операторов -> и * , а также использует оператор delete[] в качестве удалителя по умолчанию. Вот пример:

int n = 100; std::unique_ptr aptr(new int[n]); for (int i = 0; i

Эта поддержка не является полноценной: не хранится информация о размере массива, поэтому нет возможности контролировать корректностью индекса, не поддерживается интерфейс стандартных контейнеров и диапазонный for .

В C++14 появилась возможность создать динамический массив и инициализировать им экземпляр std::unique_ptr<> с помощью std::make_unique<> :

auto aptr = std::make_unique(n);

При этом гарантируется инициализация элементов массива по умолчанию, в том числе и для тривиальных типов.

Интеллектуальный указатель std::shared_ptr<> стал поддерживать такую специализацию только в C++17, а использование std::make_shared<> для этой специализации появилось только в C++20.

В качестве альтернативы такому использованию интеллектуальных указателей можно рекомендовать std::vector<> .

6.3. Многомерные динамические массивы

Динамический массив не может быть динамическим по нескольким измерениям, то есть выражение new T[n][m] , где оба значения n и m определяются в процессе выполнения программы, не корректно. Но мы можем создать динамический массив, каждый элемент которого является встроенным массивом с размером, известным на стадии компиляции. Если M выражение, допустимое для определения размера массива, то следующая инструкция создает такой массив:

T(*pa)[M] = new T[n][M];

Оператор new[] возвращает указатель на массив. Доступ к элементам такого массива будет осуществляться через выражение pa[i][j] , в свою очередь pa[i] будет массив из M элементов типа T .

При использовании псевдонимов можно получить более лаконичный синтаксис.

using I4 = int[4]; I4 *pa = new I4[n];

Используя перегрузку оператора [] легко создать класс, который хранит данные в одномерном массиве, но при этом предоставляет интерфейс многомерного массива. Вот пример предельно упрощенного класса матрицы.

template class MatrixView // 2D interface to a buffer < T * const m_Buff; int const m_RowCount; int const m_ColCount; public: MatrixView(T* buff, int rowCount, int colCount) : m_Buff(buff) , m_RowCount(rowCount) , m_ColCount(colCount) <>T *operator[](int rowInd) const < return m_Buff + rowInd * m_ColCount; >>; template class DynBuffer // buffer owner < T* const m_Buff; protected: T* Buff() const < return m_Buff; >; DynBuffer(int length) : m_Buff(new T[length]<>) <> ~DynBuffer() < delete[] m_Buff; >DynBuffer(const DynBuffer&) = delete; DynBuffer& operator=(const DynBuffer&) = delete; >; template class MatrixSimple : DynBuffer, public MatrixView < using Buff = DynBuffer; using View = MatrixView; public: MatrixSimple(int rowCount, int colCount) : Buff(rowCount * colCount) , View(Buff::Buff(), rowCount, colCount) <> >;

Вот пример использования:

MatrixSimple mtx(3, 3); mtx[1][2] = 42; // первая строка, второй столбец

Более продвинутый класс матрицы может использовать специальный вложенный proxy-класс, представляющий строку, например RowProxy , и индексатор будет возвращать экземпляр этого класса. Такой класс может, например, контролировать значение индекса, предоставлять функции-члены begin() , end() , etc. Аналогичное решение может быть и для столбцов.

7. Использование массивов в шаблонах

Тип массива можно использовать в качестве шаблонных аргументов и для специализации шаблонов классов.

Можно определить частичную специализацию шаблона класса для массивов не задавая при этом размер массива, то есть для массивов «вообще». Для этого в качестве типа специализации надо использовать T[] . Конечно, можно определить частичную специализацию для массива с заданным размером. Вот пример.

// первичный шаблон template struct U < const char* Tag() const < return "primary"; >>; // частичная специализация для указателей template struct U  < const char* Tag() const < return "pointer"; >>; // частичная специализация для массивов template struct U  < const char* Tag() const < return "array"; >>; // частичная специализация для массивов с заданным размером template structs U  < const char* Tag() const < return "array[N]"; >>; U u1; U u2; U u3; U u4; std::cout 

primary pointer array array[N]

std::cout            

1 1 1 0 0 4 8 0 1 1 2 0

template && extent_v == 0, int> s = 0> unique_ptr make_unique(size_t size) < using elem_t = remove_extent_t; // тип элемента массива return unique_ptr(new elem_t[size]<>); >

std::array a;

for (int i = 0; i < a.size(); ++i) < std::cout for (auto it = a.begin(); it != a.end(); ++it) < std::cout for (auto t : a)

1 2 3 4 5 6

int main( int argc, char *argv[] ) { int n = atoi( argv[ 1 ] ), array[ n ], i; for( i = 0; i  n; i++ ) array[ i ] = i; . }

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

#include struct Student { char firstName[64]; char secondName[128]; unsigned short rate[20]; char* subj[20]; }; void func(int arraySize) { struct Student vlaArray[arraySize]; vlaArray[arraySize-1].rate[10] = 5; vlaArray[1].rate[1] = 2; printf("%d %d\n", vlaArray[arraySize-1].rate[10], vlaArray[1].rate[1]); } int main() { int size; scanf("%d", &size); func(size); return 0; }

[admin@localhost ~]$ ./a.out 8000 5 2 [admin@localhost ~]$ ./a.out 22000 Segmentation fault (core dumped)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

#include #include #include int main(void){ setlocale(LC_ALL ,"RU"); char *a=NULL; char b; int i=0; do{ b=getchar(); i++; a=(char*)realloc(a,i); if(a!=NULL) a[i-1]=b; else {free(a); printf("Невозможно выделить массив!");return(0);} }while(b!='\n'); a[i-1]='\0'; printf("%s\n",a); free(a); return(0); }

1 2 3 4

int main { int array[ 10000 ]; . }

1 2 3 4

int main { int array[ atoi( argv[ 1 ] ) ]; . }

1 2 3 4

int main { int *array = (int*)alloca( atoi( argv[ 1 ] ) * sizeof( int ) ); . }