Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
|
Лабораторная работа "Передача массивов в функции" |
6/6 |
Р
Л
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Тема: Передача массивов в функции
Цель работы: Изучить особенности использования массивов как аргументов функций
Имена массивов и указатели
В Си разница между именем одномерного массива и указателем на тип элементов этого массива проявляется в двух случаях:
1. Использование имени массива в роли указателя.
Имена массивов трактуются компилятором как адреса, а именованные адреса в Си называются указателями.
Обычно под указателем понимают переменную, т.е. объект, который при выполнении программы может изменить свое значения. Для изменения значения переменная должна быть помещена в левую часть оператора присваивания (использоваться как l-value).
Но имена массивов — это особый тип указателей. Они обозначают адрес, который меняться не может (указатель-константа). Поэтому имена массивов (без индексов) могут появляться только в правых частях выражений (использоваться только, как r-value)
Пример 1.
В программе определены одномерный массив и указатель, который инициализируется адресом массива.
int arr[12], *pa=arr;
arr++ ; /* Ошибка! Объяснить, почему? */
pa++; /* Правильно */
2. Использование имени массива для вычисления размер объекта.
Результатом применения операции sizeof к имени массива будет размер отведенной массиву памяти (в байтах).
Если применить операцию к однотипному с массивом указателю (pa), то будет вычислен размер указателя, т.е. объем памяти, используемый в программе для хранения адреса.
Передача одномерного массива в функцию
Под передачей массива в функцию будем понимать использование имени массива в качестве фактического параметра функции, например, f(arr); .
В Си аргументы функций передаются значением, т.е. в формальный параметр копируется значение фактического. Когда речь идет о простых переменных, то это проблем не вызывает.
Но, когда нужно передать в функцию массив, то копирование всего массива будет означать громоздкую операцию дублирования большого объема данных.
Поэтому авторами языка Си было решено, что при передаче массива в функцию вместо самого массива копируется только указатель на его начало. Это имеет два следствия.
а) Во-первых, формальный параметр функции, соответствующий аргументу-массиву, объявляется как указатель на тип элемента массива.
а) Во-вторых, так как в функцию передается указатель на реальный массив, то изменение элементов массива внутри функции будет означать изменение элементов фактического массива. Это принципиально отличает передачу массива от передачи простой переменной.
При передаче массивов в функции требуется учитывать следующие особенности.
а) Тип формального параметра.
Компилятор следит за тем, чтобы типы фактического и формального параметров совпадали. В примере 1 идентификатор массива arr имеет тип указателя на элемент массива (т.е. на int). Поэтому в описании функции или ее прототипа соответствующий этому массиву аргумент также должен иметь тип того же указателя:
void f(int *a){…} (1)
Здесь a — формальный параметр, который внутри функции может использоваться, как имя одномерного массива.
Вызов функции с передачей массива будет выглядеть так: f(arr);
Однако фактический параметр функции f реально не обязательно должен быть именем массива. В приведенном примере требуется только, чтобы фактический параметр имел тип int* (указателя на int).
В примере 1, наряду с массивом, был определен указатель pa (синоним имени массива arr), имеющий необходимый тип. Поэтому вызов f(pa); будет равноценным f(arr);.
б) Потеря информации о размере.
Когда массив передается в функцию, в этом участвует только адрес первого элемента массива. Это означает, что размер массива никак не учитывается, и в функции он неизвестен. Поэтому обычно функции добавляется еще один дополнительный аргумент, через который передается размер массива.
Когда вместо массива передается обычный указатель (pa), разговор о размере массива в обычном смысле вообще не теряет смысл. Например, может быть передан указатель не на первый, а на любой другой элемент массива.
Эти рассуждения можно обобщить на случай массивов любой размерности: при передаче массива в функцию информация о его первом (левом) размере теряется.
ЗАДАНИЕ 1 (анализ размеров объектов)
1. Массив arr типа int и указатель pa определены как в примере 1.
Написать программу, в которой с помощью операции sizeof вычисляются и выводятся на экран размеры объектов arr и pa с поясняющим текстом Massiv и Ukazatel.
Объяснить результаты работы программы.
2. В программу добавить функцию с прототипом void size_of_arg(int* a), в которой вычисляется и выводится на экран размер переменной a.
В main предусмотреть вызов функции size_of_arg два раза. Первый раз передать ей имя массива, а второй раз — указатель pa.
На экран перед результатами должен быть выведен поясняющий текст, соответственно, Peredan massiv и Peredan ukazatel.
Объяснить результаты работы программы.
Другой способ описания типа для аргумента-массива
Чтобы повысить самодокументируемость программ (сделать очевидным, что по смыслу программы аргумент функции принимает массив) в Си предлагается второй способ описания аргументов-массивов:
void f(int a[]); (1)
Однако нужно понимать, что на самом деле это только более удобный для восприятия синтаксис и различия с void f(int *a); чисто внешние. Компилятор, встретив определение аргумента в виде int a[], заменит его на int *a.
По-прежнему при передаче в функцию будет утерян размер фактического массива.
Замечание
Не будет синтаксической ошибкой, если в квадратных скобках указать размер массива — void f(int a[12]). Однако с практической точки зрения для одномерного массива это бесполезно, так как размер учитываться никак не будет.
ЗАДАНИЕ 2 (передача одномерного массива)
1. В функции main определяется и инициализируется массив из нескольких чисел типа double.
Написать функцию total, которой передается массив чисел типа double, Функция суммирует элементы этого массива и возвращает полученную сумму.
Внутри функции размер массива вычислить нельзя. Поэтому при вызове функции total передается не только массив, но и количество элементов в нем.
Чтобы сделать программу более универсальной и не привязывать ее к конкретному размеру, количество элементов массива вычисляется в функции main: с помощью операции sizeof следующим образом: получаем размер памяти, занятой массивом, и делим результат на размер типа double. Затем найденное значение подставляется в вызов функции total.
Вывести на экран:
а) вычисленное количество элементов в массиве,
б) значение полученной суммы чисел.
2. Чтобы убедиться, что компилятор две синтаксические формы определения типа формального параметра воспринимает как одну, использовать в прототипе и определении функции разные способы задания аргумента.
Передача в функцию двумерного массива
Почти все рассуждения, которые относятся к передаче одномерного массива в функцию, остаются справедливыми и для двумерных массивов. Исключение составляет тип данных формального параметра, соответствующего массиву.
Замечание
Для двумерных массивов (т.е. матриц) важнейшей характеристикой является количество элементов в строке (или столбцов матрицы). Действительно, 20 чисел можно представить в виде двумерного массива многими способами: 20*1, 2*10, 4*5, 10*2 и т.д. Так как элементы массивов перебираются по строкам (например, при инициализации), то задание количества элементов в строке однозначно определит структуру массива.
В Си имя массива — это указатель на тип элемента массива. Двумерный массив — это одномерный массив строк матрицы (тоже одномерных массивов). Поэтому имя двумерного массива — это указатель на строку матрицы, т.е. на массив из конкретного числа элементов.
Пример
В функцию f нужно передать единственный аргумент — двумерный массив arr2 чисел типа int. Размеры массива: 6 строк и 8 столбцов.
Тогда прототип функции должен будет выглядеть следующим образом (с точностью до имени формального параметра):
void f(int (*a)[8]); (2)
Замечания
1. Если при передаче одномерного массива конкретные размеры массива указывать было не нужно, то для двумерного массива обязательно должно быть указано количество столбцов (второй размер, в примере это 8).
Конструкция (*a)[8] читается, как "указатель на массив из 8 элементов" (запись *a[8] означает "массив из 8 указателей", что не соответствует условию примера).
2. Двумерный массив — это одномерный массив строк матрицы. Поэтому в функции информация о количестве его элементов (строк переданного ей двумерного массива) теряется.
Для описания аргументов, принимающих двумерные массивы, также имеется вторая синтаксическая форма:
void f(int a[][8]);
Такая форма описания аргумента более проста и понятна. Но вновь это опять только внешнее представление, потому что компилятор перед трансляцией программы преобразует его к виду (2).
Если указать первый размер, то ошибки компиляции не будет, но этот размер никак использоваться не будет.
ЗАДАНИЕ 3 (передача в функцию двумерного массива)
Написать функцию total2, которая вычисляет сумму элементов любого двумерного массива целых чисел с тремя элементами в строке. Функция возвращает подсчитанную сумму.
1. Функция main.
1.1. В функции main определен двумерный числовой массив arr2[][3] со значениями типа int. Массив инициализирован так, чтобы в нем было 4 полных строки (т.е. размеры 4*3).
1.2. С помощью sizeof определяется размер объекта arr2. Используя этот размер и известное количество столбцов (их 3), подсчитать количество строк в массиве. Вывести на экран оба результата.
1.3. Выполнить вызов функции total2, передав ей
а) массив arr2,
б) количество строк в массиве.
2. Функция total2.
В функции total2 выполняются следующие действия.
2.1. С помощью sizeof определяется размер объекта, соответствующего формальному параметру-массиву, и этот размер выводится на экран.
Сравнить эту величину с той, что была получена в первом пункте задания, и объяснить результаты.
2.2. С помощью вложенных циклов подсчитывается сумма элементов двумерного массива, которая возвращается затем в main. Необходимое для одного из операторов цикла количество элементов в строке массива указать числом (т.е. 3). В следующем задании будет разработан более универсальная программа.
Замечание
Хотя количество элементов в строке через аргумент не передается, его можно вычислить следующим образом. Пусть a2 обозначает формальный параметр, через который в функцию передается массив. По своему смыслу — это указатель на строку массива (т.е. на одномерный массив). Если к a2 применить операцию разадресации, то мы получим сам массив.
Теперь количество элементов в строке можно найти, если объем памяти, занимаемый строкой, поделить на размер одного элемента (sizeof(*a2)/sizeof(int)).
2.3 Проверить работу программы.
ЗАДАНИЕ 4 (универсальный вариант программы)
Разрабатывается другой вариант программы для задачи предыдущего задания. Для преобразований программы, сохранить файл задания 3 под другим именем.
1. Чтобы сделать функцию total2 более универсальной, критический для массива размер (число колонок) везде, где он встречается (в определении массива arr2, в определениях функции и прототипа, граничное значение в операторе цикла), задать с помощью именованной константы COLUMNS.
Определение константы COLUMNS выполнить в начале файла с помощью директивы
#define COLUMNS 3
Проверить работу программы.
Замечание
Использование именованной константы COLUMNS не только делает функцию total2 применимой для массивов с любой длиной строки, но и избавляет от необходимости вычислять в функции количество элементов в строке массива (см. предыдущий пункт).
Именованная константа, задающая этот размер, доступна в любой части программы, в том числе и в функции total2.
4. Чтобы убедиться, что внутри функции total2 обрабатываются непосредственно элементы массива arr2, добавить в total2 (перед оператором возврата) обнуления первой строки массива.
Соответственно, в функции main добавить после оператора вывода на экран подсчитанной суммы печать элементов первой строки массива arr2.
Изменить значение COLUMNS на 4, затем на 6. Убедиться, что сумма подсчитывается правильно, а количество выведенных обнуленных элементов меняется соответственно размеру.
Контрольные вопросы
1. Почему при передаче массива в функцию копируется не "значение" объекта, т.е. все элементы, а только указатель на начало массива?
2. Когда в функцию передается простая переменная, то в вызванной функции изменения значения соответствующего аргумента на фактической переменной никак не сказываются. Но изменение в функции элемента аргумента-массива является изменением элемента фактического массива. Объяснить обе ситуации.
3. Есть ли принципиальное различие между двумя способами описания аргументов, через которые передаются массивы? Если нет, то объяснить, почему?
4. Если в функцию передается двумерный массив, какие данные необходимо передать в эту функцию, чтобы можно было вести обработку массива?
5. Что подразумевается, когда говорят, что при передаче массива в функцию "теряется" один его размер?