Programmirovanie_-_1_kurs / Методические указания к лабораторным работам 3-4

ФГБ ОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Автоматизированные системы управления»

А.В. ВАРФОЛОМЕЕВ

ЯЗЫК C++

СТРУКТУРЫ ДАННЫХ И ДИНАМИЧЕСКОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Алгоритмические языки и программирование»

МОСКВА – 2011

ФГБ ОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Автоматизированные системы управления»

А.В. ВАРФОЛОМЕЕВ

ЯЗЫК C++

СТРУКТУРЫ ДАННЫХ И ДИНАМИЧЕСКОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для студентов по направлениям 230100.62 и 230400.62

МОСКВА – 2011

УДК 004 В 18

Варфоломеев А.В. Язык С++. Структуры данных и динамическое выделение памяти: Методические указания.

—М.: МИИТ, 2011, — 59с.

Вметодических указаниях приводятся рекомендации по работе с массивами, строками и пользовательскими типами данных в языке С++, рассказывается о работе с памятью и указателями, представлены варианты заданий для выполнения лабораторных работ №3 и №4 по дисциплине «Алгоритмические языки и программирование».

ФГБ ОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», 2011

	СОДЕРЖАНИЕ
1.	МАССИВЫ...............................................................................	4
	1.1. Объявление и инициализация массива.....................................	4
	1.2. Доступ к элементам массива.....................................................	5
	1.3. Рабочий размер массива............................................................	6
	1.4. Многомерные массивы..............................................................	8
	1.5. Упорядочивание массива ........................................................	10
2.	ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЕ ТИПЫ ДАННЫХ............................	12
	2.1. Перечисления ...........................................................................	12
	2.2. Структуры.................................................................................	14
	2.3. Объявление новых типов данных (typedef) ...........................	18
	2.4. Оператор sizeof.........................................................................	19
3.	УКАЗАТЕЛИ ...........................................................................	20
	3.1. Понятие адреса переменной....................................................	20
	3.2. Понятие указателя....................................................................	21
	3.3. Операции с указателями..........................................................	23
	3.4. Особенности применения указателей ....................................	28
	3.5. Ссылки ......................................................................................	30
4.	РАБОТА С ПАМЯТЬЮ...........................................................	31
	4.1. Области памяти........................................................................	31
	4.2. Динамическое выделение памяти...........................................	32
5.	СТРОКИ...................................................................................	35
	5.1. Представление строк в памяти................................................	35
	5.2. Использование служебных символов в строках....................	36
	5.3. Работа со строками...................................................................	36
6.	ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. Массивы............................	44
	6.1. Цель работы..............................................................................	44
	6.2. Постановка задачи....................................................................	44
	6.3. Требования к оформлению отчета..........................................	49
	6.4. Рекомендации по выполнению работы..................................	50
7.	ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. Работа со строками...........	53
	7.1. Цель работы..............................................................................	53
	7.2. Постановка задачи....................................................................	53
	7.3. Требования к оформлению отчета..........................................	56
8.	КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ..................................................	57
9.	ЛИТЕРАТУРА.........................................................................	58

3

1. МАССИВЫ

Массив – именованная последовательность однотипных объектов. Массивы используются в том случае, когда над группой величин одинакового типа требуется выполнять однообразные действия.

Отдельная единица данных, входящая в состав массива, называется элементом массива. Доступ к элементам массива осуществляется по их порядковому номеру. Все элементы массива относятся к одному типу данных и имеют одинаковый размер.

1.1. Объявление и инициализация массива

Использованию массива в программе предшествует его объявление, резервирующее под массив определенное количество памяти. При объявлении массива следует указать его имя, размер (количество элементов) и тип элементов:

тип_данных имя_массива[количество_элементов];

Следует отметить, что размер массива не может быть изменен в процессе работы программы.

В следующем примере объявляется массив, состоящий из 10 элементов типа int:

int M[10];

Размер массива определяется некоторой целочисленной константой. Переменные величины не могут использоваться для задания размера массива (допускается лишь использование именованных констант).

int A[100]; // Допустимое объявление массива

const int b_size = 100;

int B[b_size]; // Допустимое объявление // массива

4

int c_size = 100;

int C[c_size]; // Ошибка!!!

// c_size не является константой

Одновременно с объявлением массива, можно инициализировать его элементы. В следующем примере мы укажем начальные значения для элементов массива Q:

int Q[3] = {100, 200, 300};

В случае инициализации массива, его размер можно не указывать. Компилятор самостоятельно определит размер массива по количеству указанных при инициализации значений:

int R[] = {100, 200, 300}; // 3 элемента

1.2. Доступ к элементам массива

Обращение к элементу массива осуществляется по имени массива и порядковому номеру элемента – индексу. Индекс указывается в квадратных скобках после имени массива. При этом нумерация элементов массива начинается с нуля.

Индекс элемента не должен превышать фактическое количество элементов в массиве. В противном случае, возможны непредсказуемые ошибки в процессе работы программы.

Элементы массива можно использовать в программе таким же образом, как и обычные переменные: они могут участвовать выражениях, указываться в качестве параметров при вызове функций, и изменять свое значение при помощи операторов присваивания, инкремента/декремента и т.п.

В следующих трех примерах мы объявим массив Q, состоящий из трех элементов типа int, присвоим элементам начальные значения и выведем все элементы массива на экран.

5

Пример 1:

int Q[] = {100, 200, 300}; cout << Q[0]; // 100

cout << Q[1]; // 200 cout << Q[2]; // 300

Пример 2:

int Q[3]; Q[0] = 100; Q[1] = 200; Q[2] = 300;

cout << Q[0]; // 100 cout << Q[1]; // 200 cout << Q[2]; // 300

Пример 3:

int Q[3] = {100, 200, 300}; for (int i=0; i<3; i++)

cout << Q[i] << " ";

В следующем примере мы вычислим сумму элементов массива M:

int M[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; int sum = 0;

for (int i=0; i<5; i++) sum += M[i];

cout << sum; // 15

1.3. Рабочий размер массива

На этапе разработки программы не всегда возможно определить точное количество элементов массива, которое потребуется при выполнении программы. Необходимое количество элементов может зависеть от действий пользователя и определяться лишь в процессе выполнения программы.

В качестве решения данной проблемы можно объявить массив с заведомо большим размером, чем может потребоваться на этапе выполнения программы, и, впоследствии, работать только с частью из этих элементов. В таком случае массив будет характеризоваться двумя

6

размерами: фактическим и рабочим. Фактический размер массива – размер, указанный при объявлении массива – максимальное количество элементов с которым может работать программа. Фактический размер является постоянной величиной. Рабочий размер массива – это количество элементов, которые используются в программе на текущий момент. Рабочий размер массива может изменяться в процессе работы программы. Для хранения информации о рабочем размере массива в программе обычно предусматривают отдельную переменную. Очевидно, что рабочий размер массива не может превышать фактический.

В следующей программе мы вычислим сумму элементов массива M, имеющего фактический размер 100 элементов. Рабочий размер массива и значения его элементов определяются пользователем в процессе работы программы.

#include <iostream> #include <conio.h>

using namespace std;

void main()

{

//Фактический размер массива М const int phys_size = 100;

//Рабочий размер массива М int work_size = 0;

//Массив M

int M[phys_size];

// Определяем рабочий размер массива cout << "Введите количество элементов: "; // Ввод значения work_size с клавиатуры cin >> work_size;

7

// Проверяем значение work_size
if (work_size<=0 || work_size>phys_size)
cout << "Ошибочный размер массива";
else
{
// Вводим значения элементов массива
for (int i=0; i<work_size; i++)
{	cout << "Введите значение элемента "
		<< i+1 << ": ";
}	cin >> M[i];
// Определяем сумму элементов массива
int sum = 0;
for (int i=0; i<work_size; i++)
	sum += M[i];
// Выводим результат на экран
cout << "СУММА ЭЛЕМЕНТОВ МАССИВА: " << sum;
}
getch(); // Ожидаем нажатия на любую клавишу
}
1.4. Многомерные массивы
Массивы, рассмотренные нами выше, являются
одномерными. В общем случае, массивы могут иметь
несколько измерений.
Многомерный массив – это массив, элементами
которого являются массивы.
Двумерный			массив		–
массив		одномерных
массивов	–	может		быть
представлен		как	матрица,
состоящая	из		строк		и
столбцов,	на	пересечении
которых		размещаются
значения (рис. 1).					Рисунок 1. Двумерный массив
					8

Трехмерный		массив	–
массив двумерных массивов –
может быть	представлен		как
множество		одинаковых
матриц или как куб (рис. 2).
При		объявлении
многомерного		массива	в
отдельных		квадратных		Рисунок 2. Трехмерный
скобках	для	каждого
измерения		указывается		массив

количество элементов:

double A[3][5]; // Двумерный массив 3х5 int B[3][2][4]; // Трехмерный массив 3х2x4

char C[10][10][10][10][10]; // Пятимерный массив // 10х10х10х10х10

Для обращения к элементу многомерного массива необходимо определить его порядковый номер по каждому измерению:

int A[3][5]; A[0][0] = 1; A[0][1] = 2; A[1][0] = 3;

При	объявлении
многомерного		массива
возможна		его
инициализация.
Многомерные	массивы
инициализируются		со
стороны		правой
размерности:		Рисунок 3. Двумерный
			массив A[3][5]

9