Лекция 9. Динамическое создание и уничтожение массивов

Оператор new может выделить из хипа память для размещения массива. В этом случае после спецификатора типа в квадратных скобках указывается размер массива. Он может быть задан сколь угодно сложным выражением. new возвращает указатель на первый элемент массива. Например:

// создание единственного объекта типа int

// с начальным значением 1024

int *pi = new int(1024);

// создание массива из 1024 элементов

// элементы не инициализируются

int *pia = new int[ 1024 ];

// создание двумерного массива из 4x1024 элементов

int (*pia2)[ 1024 ] = new int[ 4 ][ 1024 ];

pi содержит адрес единственного элемента типа int, инициализированного значением 1024; pia — адрес первого элемента массива из 1024 элементов; pia2 — адрес начала массива, содержащего четыре массива по 1024 элемента, т.е. pia2 адресует 4096 элементов.

В общем случае массив, размещаемый в хипе, не может быть инициализирован. Задавать инициализатор при выделении оператором new памяти под массив не разрешается.

Основное преимущество динамического массива состоит в том, что количество элементов в его первом измерении не обязано быть константой, т.е. может не быть известным во время компиляции.

Например, если указатель в ходе выполнения программы ссылается на разные C-строки, то область памяти под текущую строку обычно выделяется динамически и ее размер определяется в зависимости от длины строки. Как правило, это более эффективно, чем создавать массив фиксированного размера, способный вместить самую длинную строку: ведь все остальные строки могут быть значительно короче. Более того, программа может аварийно завершиться, если длина хотя бы одной из строк превысит отведенный лимит.

Оператор new допустимо использовать для задания первого измерения массива с помощью значения, вычисляемого во время выполнения. Предположим, у нас есть следующие C-строки:

const char *noerr = "success";

//...

const char *err189 = "Error: a function declaration must "

"specify a function return type!";

Размер создаваемого с помощью оператора new массива может быть задан значением, вычисляемым во время выполнения:

#include <string.h>

const char *errorTxt;

if (errorFound)

errorTxt = errl89;

else

errorTxt = noerr;

int dimension = strlen(errorTxt) + 1;char *strl = new char[ dimension ];

// копируем текст ошибки в strl

strcpy(strl, errorTxt);

Единица, прибавляемая к значению, которое возвращает strlen(), необходима для учета завершающего нулевого символа в C-строке. Отсутствие этой единицы — весьма распространенная ошибка, которую достаточно трудно обнаружить, поскольку она проявляет себя косвенно: происходит затирание какой-либо другой области программы. Почему? Большинство функций, которые обрабатывают массивы, представляющие собой С-строки символов, пробегают по элементам, пока не встретят завершающий нуль.

Если в конце строки нуля нет, то возможно чтение или запись в случайную область памяти. Избежать подобных проблем позволяет класс string из стандартной библиотеки С++.

Отметим, что только первое измерение массива, создаваемого с помощью оператора new, может быть задано значением, вычисляемым во время выполнения. Остальные измерения должны задаваться константами, известными во время компиляции. Например:

int getDim();

// создание двумерного массива

int (*pia3)[ 1024 ] = new int[ getDim() ][ 1024 ]; // правильно

// ошибка: второе измерение задано не константой

int **pia4 = new int[ 4 ][ getDim() ];

Оператор delete для уничтожения массива имеет следующую форму:

delete[] str1;

Пустые квадратные скобки необходимы. Они говорят компилятору, что указатель адресует массив, а не единичный элемент. Поскольку тип str1 — указатель на char, без этих скобок компилятор не поймет, что удалять следует целый массив.

Отсутствие скобок не является синтаксической ошибкой, но правильность выполнения программы не гарантируется.

Создание динамического массива при помощи функции calloc()

При динамическом распределении памяти для массивов можно описать соответствующий указатель и присваивать ему значение при помощи функции calloc. Одномерный массив a[10] из элементов типа float можно создать следующим образом

float *a;

a=(float*)(calloc(10, sizeof(float));

Для создания двумерного массива вначале нужно распределить память для массива указателей на одномерные массивы, а затем распределять память для одномерных массивов. Пусть, например, требуется создать массив a[m][n], это можно сделать при помощи следующего фрагмента программы:

main (){ double **a; int n,m,i; scanf("%d %d",&n,&m); a=(double **)calloc(m, sizeof(double *)); for (i=0; i<m; i++) a[i]=(double *)calloc(n, sizeof(double));............}

Аналогичным образом можно распределить память и для трехмерного массива размером m, n, l. Следует только помнить, что ненужную для дальнейшего выполнения программы память следует освобождать при помощи функции free().

main ()

{ long ***a;

int n, m, l, i, j;

scanf("%d %d %d", &m, &n, &l);

/* -------- распределение памяти -------- */

a=(long ***)calloc(m, sizeof(long **));

for (i=0; i<m; i++)

{ a[i]=(long **)calloc(n, sizeof(long *));

for (j=0; j<n; j++)

a[i][j]=(long *)calloc(l, sizeof(long));

}

............

/* --------- освобождение памяти ----------*/

for (i=0; i<m; i++)

{ for (j=0; j<n; j++)

free (a[i][j]);

free (a[i]);

}

free (a);

}

Рассмотрим еще один интересный пример, в котором память для массивов распределяется в вызываемой функции, а используется в вызывающей. В таком случае в вызываемую функцию требуется передавать указатели (или ссылки), которым будут присвоены адреса выделяемой для массивов памяти.

main()

{ int vvod(double ***, long **);

int vvod2(double **&, long *&);

double **a; /* указатель для массива a[n][m] */

long *b; /* указатель для массива b[n] */

vvod(&a, &b);

vvod2(a, b);

..

}

int vvod(double ***a, long **b)

{ int n,m,i,j;

scanf ("%d%d",&n,&m);

*a=(double **)calloc(n,sizeof(double *));

*b=(long *)calloc(n,sizeof(long));

for (i=0; i<n; i++)

(*a)[i]=(double *)calloc(m, sizeof(double));

for(i=0;i<n;i++)

{ (*b)[i]=i;

for(j=0;j<m;j++)

(*a)[i][j]=i+j;

}

return 0;

}

int vvod2(double **&a, long *&b)

{ int n,m,i,j;

scanf ("%d%d",&n,&m);

a=(double **)calloc(n,sizeof(double *));

b=(long *)calloc(n,sizeof(long));

for (i=0; i<n; i++)

a[i]=(double *)calloc(m, sizeof(double));

for(i=0;i<n;i++)

{ b[i]=i;

for(j=0;j<m;j++)

a[i][j]=i+j;

}

return 0;

}

Отметим также то обстоятельство, что указатель на массив не обязательно должен показывать на начальный элемент некоторого массива. Он может быть сдвинут так, что начальный элемент будет иметь индекс отличный от нуля, причем он может быть как положительным так и отрицательным.

Пример:

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main()

{ float *q, **b;

int i, j, k, n, m;

scanf("%d %d", &n, &m);

q=(float *)calloc(m, sizeof(float));

/* сейчас указатель q показывает на начало массива */

q[0]=22.3;

q-=5;

/* теперь начальный элемент массива имеет индекс 5, */

/* а конечный элемент индекс n-5 */

q[5]=1.5;

/* сдвиг индекса не приводит к перераспределению */

/* массива в памяти и изменится начальный элемент */

q[6]=2.5; /* - это второй элемент */

q[7]=3.5; /* - это третий элемент */

q+=5;

/* теперь начальный элемент вновь имеет индекс 0, */

/* а значения элементов q[0], q[1], q[2] равны */

/* соответственно 1.5, 2.5, 3.5 */

q+=2;

/* теперь начальный элемент имеет индекс -2, */

/* следующий -1, затем 0 и т.д. по порядку */

q[-2]=8.2;

q[-1]=4.5;

q-=2;

/* возвращаем начальную индексацию, три первых */

/* элемента массива q[0], q[1], q[2], имеют */

/* значения 8.2, 4.5, 3.5 */

q--;

/* вновь изменим индексацию. */

/* Для освобождения области памяти, в которой размещен */

/* массив q используется функция free(q), но поскольку */

/* значение указателя q смещено, то выполнение */

/* функции free(q) приведет к непредсказуемым последствиям. */

/* Для правильного выполнения этой функции */

/* указатель q должен быть возвращен в первоначальное */

/* положение */

free(++q);

/* Рассмотрим возможность изменения индексации и */

/* освобождения памяти для двумерного массива */

b=(float **)calloc(m, sizeof(float *));

for (i=0; i < m; i++)

b[i]=(float *)calloc(n, sizeof(float));

/* После распределения памяти начальным элементом */

/* массива будет элемент b[0][0] */

/* Выполним сдвиг индексов так, чтобы начальным */

/* элементом стал элемент b[1][1] */

for (i=0; i < m; i++) --b[i];

b--;

/* Теперь присвоим каждому элементу массива сумму его */

/* индексов */

for (i=1; i<=m; i++)

for (j=1; j<=n; j++)

b[i][j]=(float)(i+j);

/* Обратите внимание на начальные значения счетчиков */

/* циклов i и j, он начинаются с 1 а не с 0 */

/* Возвратимся к прежней индексации */

for (i=1; i<=m; i++) ++b[i];

b++;

/* Выполним освобождение памяти */

for (i=0; i < m; i++) free(b[i]);

free(b);

...

return 0;

}

В качестве последнего примера рассмотрим динамическое распределение памяти для массива указателей на функции, имеющие один входной параметр типа double и возвращающие значение типа double.

Пример:

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

int main()

{ // double (*(*masfun))(double);

typedef double (*pfun)(double);

pfun* masfun;

double x=0.5, y;

int i;

// masfun=(double(*(*))(double))calloc(3, sizeof(double(*(*))(double)));

masfun=(pfun*)calloc(3, sizeof(pfun*));

masfun[0]=cos;

masfun[1]=sin;

masfun[2]=tan;

for (i=0; i<3; i++)

{ y=masfun[i](x);

printf("\n x=%g y=%g",x,y);

}

getchar();

free(masfun);

return 0;

}