Алгоритмы и структуры данных для начинающих: динамический массив
Иногда от коллекции требуется неограниченная вместимость и простота использования списка, но при этом константное время доступа к произвольному элементу, как в массиве. В этом случае используется список на основе массива — динамический массив (Array List).
Класс ArrayList
ArrayList — это коллекция, которая реализует интерфейс IList и использует массив для хранения элементов. Как и связный список, ArrayList может хранить произвольное число элементов (ограниченное только объемом доступной памяти), но в остальном ведет себя как массив.
Интерфейс IList предоставляет все методы ICollection и дополнительно — методы для чтения, вставки и удаления элементов по индексу. Код ниже сгенерирован с помощью команды «Implement Interface» в Visual Studio 2010 и, кроме автоматически сгенерированных заглушек для методов, содержит также:
Вставка элементов
Вставка элементов в динамический массив отличается от вставки в связный список. На то есть две причины. Первая: динамический массив поддерживает вставку в середину массива, тогда как в связный список можно вставлять только в конец или начало. Вторая: вставка элемента в связный список всегда выполняется за константное время. Вставка в динамический массив может занимать как O(1), так и O(n) времени.
Расширение массива
По мере добавления элементов внутренний массив может переполниться. В этом случае необходимо сделать следующее:
Теперь осталось ответить на вопрос, какого размера должен быть новый массив. Это определяется стратегией роста динамического массива. Мы рассмотрим две стратегии и для обеих посмотрим, насколько быстро растет массив и насколько его рост снижает производительность.
Увеличение вдвое (подход Mono и Rotor)
Этот алгоритм делает меньше выделений памяти, но тратит больше места, чем вариант, принятый в Java. Другими словами, он обеспечивает более частые случаи вставки за константное время ценой использования большего количества памяти. Процесс создания нового массива и копирования в него элементов будет происходить реже.
Медленный рост (подход Java)
В Java используется похожий подход, но массив растет медленнее. Размер нового массива определяется следующим образом: size = (size * 3) / 2 + 1;
При использовании этого алгоритма используется меньше памяти.
Динамические массивы и переменные: легко и просто!
Всем привет! В этой статье мы создадим массив и переменные применяя указатели. Если вы еще не почитали прошлую (начальную) статью про указатели, то советуем сначала изучить ее. Ну а если вы это все знаете, то погнали!
Быстрый переход по статье.
Что такое динамические переменные
Что такое динамические переменныеДинамические переменные — это переменные, которые созданы напрямую с помощью указателей. Для них существует функция удаление (это мы разберем ниже).
На каждый тип данных выделяется разное количество ячеек.
Как создать динамические переменные в C++
Для создания динамических переменных нам понадобится применять конструкцию ниже:
Давайте подробно ее разберем:
Вы должны знать! Если тип переменной отличается от типа указателя — то эта динамическая переменная будет весить больше в оперативной памяти, чем такая же переменная с одинаковыми типами!
Пример использования динамических переменных
Пример использования динамических переменныхВнизу мы решили использовать динамические переменные:
Удаление динамических переменных
Удаление динамических переменныхКак мы говорили выше, у нас есть возможность освобождать память переменной или, если понятным языком, удалять переменную из оперативной памяти ПК.
Чтобы его использовать, нужно применить конструкцию ниже:
Вы должны обратить внимание на отсутствие оператора * перед именем переменной. Многие начинающие прогеры забывают про это и в дальнейшем пытаются найти ошибку часами.
Статическое и динамическое объявление переменных
Статическое объявление переменных имеет такой вид: int number;
Использование динамических переменных имеет маленький плюс. Он заключается в освобождении памяти переменной до завершения программы. Благодаря этому мы можем сначала удалить переменную, а потом ее снова создать в другом участке программы (когда это нам будет нужно).
Что такое динамические массивы
Мы уже знакомы с миром массивов в C++. Мы не раз создавали их на определенное количество ячеек и при этом использовали статическое создание массивов.
Но еще ни разу не затрагивали их использование с указателями!
Мы создавали массивы на сто тысяч элементов, а то и больше. И не один раз бывало, что большое количество ячеек оставались неиспользованными. Это является неправильным применением оперативной памяти в ПК.
Чтобы мы бесполезно не использовали оперативную память в компьютере, нам понадобится оперировать с указателями в свете массивов.
Нам нужно вспомнить, что для создания статического массива количество ячеек нужно задавать числовой константой (а не переменной). Это очень неприятно, потому что в программе мы не знаем, сколько нам может понадобится ячеек.
Например, пользователь захотел вписать 1000 чисел в массив, а мы из-за незнания этого факта сделали массив всего лишь на 500 ячеек.
Динамический массив — это массив, у которого количество ячеек можно задавать и переменной, и числовой константой. Это большой плюс перед использованием статического массива.
Как работают динамические массивы
Как работают динамические массивыКак создать динамический массив в C++
Чтобы создать динамический массив мы будем использовать конструкцию ниже:
Динамическое выделение памяти в Си
Очень часто возникают задачи обработки массивов данных, размерность которых заранее неизвестна. В этом случае возможно использование одного из двух подходов:
Для использования функций динамического выделения памяти необходимо описать указатель, представляющий собой начальный адрес хранения элементов массива.
Начальный адрес статического массива определяется компилятором в момент его объявления и не может быть изменен.
Для динамического массива начальный адрес присваивается объявленному указателю на массив в процессе выполнения программы.
Стандартные функции динамического выделения памяти
Функции динамического выделения памяти находят в оперативной памяти непрерывный участок требуемой длины и возвращают начальный адрес этого участка.
Функции динамического распределения памяти:
Для использования функций динамического распределения памяти необходимо подключение библиотеки :
Для определения размера массива в байтах, используемого в качестве аргумента функции malloc() требуется количество элементов умножить на размер одного элемента. Поскольку элементами массива могут быть как данные простых типов, так и составных типов (например, структуры), для точного определения размера элемента в общем случае рекомендуется использование функции
«Правилом хорошего тона» в программировании является освобождение динамически выделенной памяти в случае отсутствия ее дальнейшего использования. Однако если динамически выделенная память не освобождается явным образом, она будет освобождена по завершении выполнения программы.
Динамическое выделение памяти для одномерных массивов
Форма обращения к элементам массива с помощью указателей имеет следующий вид:
Пример на Си : Организация динамического одномерного массива и ввод его элементов.
Результат выполнения программы: 
Динамическое выделение памяти для двумерных массивов
Пусть требуется разместить в динамической памяти матрицу, содержащую n строк и m столбцов. Двумерная матрица будет располагаться в оперативной памяти в форме ленты, состоящей из элементов строк. При этом индекс любого элемента двумерной матрицы можно получить по формуле
index = i*m+j;
Рассмотрим матрицу 3×4 (см. рис.) 
Индекс выделенного элемента определится как
index = 1*4+2=6
Объем памяти, требуемый для размещения двумерного массива, определится как
n·m·(размер элемента)
Однако поскольку при таком объявлении компилятору явно не указывается количество элементов в строке и столбце двумерного массива, традиционное обращение к элементу путем указания индекса строки и индекса столбца является некорректным:
Правильное обращение к элементу с использованием указателя будет выглядеть как
Пример на Си Ввод и вывод значений динамического двумерного массива
Результат выполнения 
Графически такой способ выделения памяти можно представить следующим образом. 
При таком способе выделения памяти компилятору явно указано количество строк и количество столбцов в массиве.
Пример на Си
Результат выполнения программы аналогичен предыдущему случаю.
С помощью динамического выделения памяти под указатели строк можно размещать свободные массивы. Свободным называется двухмерный массив (матрица), размер строк которого может быть различным. Преимущество использования свободного массива заключается в том, что не требуется отводить память компьютера с запасом для размещения строки максимально возможной длины. Фактически свободный массив представляет собой одномерный массив указателей на одномерные массивы данных.
Пример на Си : Свободный массив
Результат выполнения 
Перераспределение памяти
Если размер выделяемой памяти нельзя задать заранее, например при вводе последовательности значений до определенной команды, то для увеличения размера массива при вводе следующего значения необходимо выполнить следующие действия:
Все перечисленные выше действия (кроме последнего) выполняет функция
Размер блока памяти, на который ссылается параметр ptr изменяется на size байтов. Блок памяти может уменьшаться или увеличиваться в размере. Содержимое блока памяти сохраняется даже если новый блок имеет меньший размер, чем старый. Но отбрасываются те данные, которые выходят за рамки нового блока. Если новый блок памяти больше старого, то содержимое вновь выделенной памяти будет неопределенным.
Пример на Си Выделить память для ввода массива целых чисел. После ввода каждого значения задавать вопрос о вводе следующего значения.
Результат выполнения 
Комментариев к записи: 92
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define S 5
using namespace std;
void two_dim_input( int ** a)
<
srand(time(0));
for ( int i = 0; i for ( int u = 0; u int *)a + i * S + u) = rand() % 99;
>
>
int ** mas = ( int **)calloc(S, sizeof (*mas));
for ( int i = 0; i int *)calloc(S, sizeof (mas));
two_dim_input(mas);
two_dim_output(mas);
two_dim_sum(mas);
printf( «\n\n» );
two_dim_output(mas);
for ( int i = 0; i // цикл по строкам
free(mas[i]); // освобождение памяти под строку
free(mas);
>
cout «_asm code started working» endl;
_asm <
pushf // помещаем регистр флагов в стек
pop var // извлекаем операнд из стека (шта?)
>
cout «_asm code finished working» endl;
// Вывод var
cout var endl;
short *var;
var = new short[1];
cout «_asm code started working» endl;
_asm <
pushf // помещаем регистр флагов в стек
pop *var[0] // извлекаем операнд из стека (шта?)
>
cout «_asm code finished working» endl;
// Вывод var
cout *var[0] endl;
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include «stdlib.h»
#include «stdio.h»
#include «conio.h»
#include «math.h»
#include
#include «locale.h»
#include «string.h»
#include «windows.h»
#include «time.h»
a = ( int **)realloc(a, (2*n*m) * sizeof ( int ));
for (i = n; i // цикл по строкам
<
for (j = 0; j // цикл по столбцам
<
a[i][j] = b[counter][j];
counter++;
>
printf( «\n» );
>
// Очистка памяти
for (i = 0; i // цикл по строкам
free(a[i]); // освобождение памяти под строку
free(a);
for (i = 0; i // цикл по строкам
free(b[i]); // освобождение памяти под строку
free(b);
Динамические массивы в C++
Обычно, объем памяти, необходимый для той или иной переменной, задается еще до процесса компиляции посредством объявления этой переменной. Если же возникает необходимость в создание переменной, размер которой неизвестен заранее, то используют динамическую память. Резервирование и освобождение памяти в программах на C++ может происходить в любой момент времени. Осуществляются операции распределения памяти двумя способами:
Функция malloc резервирует непрерывный блок ячеек памяти для хранения указанного объекта и возвращает указатель на первую ячейку этого блока. Обращение к функции имеет вид:
void *malloc(size);
Здесь size — целое беззнаковое значение, определяющее размер выделяемого участка памяти в байтах. Если резервирование памяти прошло успешно, то функция возвращает переменную типа void *, которую можно привести к любому необходимому типу указателя.
Функция — calloc также предназначена для выделения памяти. Запись ниже означает, что будет выделено num элементов по size байт.
void *calloc (nime, size);
Эта функция возвращает указатель на выделенный участок или NULL при невозможности выделить память. Особенностью функции является обнуление всех выделенных элементов.
Функция realloc изменяет размер выделенной ранее памяти. Обращаются к ней так:
char *realloc (void *p, size);
Здесь p — указатель на область памяти, размер которой нужно изменить на size. Если в результате работы функции меняется адрес области памяти, то новый адрес вернется в качестве результата. Если фактическое значение первого параметра NULL, то функция realloc работает также, как и функция malloc, то есть выделяет участок памяти размером size байт.
Для освобождения выделенной памяти используется функция free. Обращаются к ней так:
void free (void *p size);
Здесь p — указатель на участок памяти, ранее выделенный функциями malloc, calloc или realloc.
Операторы new и delete аналогичны функциям malloc и free. New выделяет память, а его единственный аргумент — это выражение, определяющее количество байтов, которые будут зарезервированы. Возвращает оператор указатель на начало выделенного блока памяти. Оператор delete освобождает память, его аргумент — адрес первой ячейки блока, который необходимо освободить.
Динамический массив — массив переменной длины, память под который выделяется в процессе выполнения программы. Выделение памяти осуществляется функциями calloc, malloc или оператором new. Адрес первого элемента выделенного участка памяти хранится в переменной, объявленной как указатель. Например, следующий оператор означает, что описан указатель mas и ему присвоен адрес начала непрерывной области динамической памяти, выделенной с помощью оператора new:
int *mas=new int[10];
Выделено столько памяти, сколько необходимо для хранения 10 величин типа int.
Фактически, в переменной mas хранится адрес нулевого элемента динамического массива. Следовательно, адрес следующего, первого элемента, в выделенном участке памяти — mas+1, а mas+i является адресом i-го элемента. Обращение к i-му элементу динамического массива можно выполнить, как обычно mas[i], или другим способом *(mas +i). Важно следить за тем, чтобы не выйти за границы выделенного участка памяти.
Когда динамический массив (в любой момент работы программы) перестает быть нужным, то память можно освободить с помощью функции free или оператора delete.
Предлагаю рассмотреть несколько задач, закрепляющих данный урок:
Задача 1
Найти сумму вещественных элементов динамического массива.
О выборе структур данных для начинающих
Часть 1. Линейные структуры
Массив
Когда вам нужен один объект, вы создаёте один объект. Когда нужно несколько объектов, тогда есть несколько вариантов на выбор. Я видел, как многие новички в коде пишут что-то типа такого:
Это даёт нам значение пяти рекордов. Этот способ неплохо работает, пока вам не потребуется пятьдесят или сто объектов. Вместо создания отдельных объектов можно использовать массив.
Будет создан буфер из 5 элементов, вот такой:
Заметьте, что индекс массива начинается с нуля. Если в массиве пять элементов, то они будут иметь индексы от нуля до четырёх.
Недостатки простого массива
Если вам нужно неизменное количество объектов, то массив вполне подходит. Но, допустим, вам нужно добавить в массив ещё один элемент. В простом массиве этого сделать невозможно. Допустим, вам нужно удалить элемент из массива. В простом массиве это так же невозможно. Вы привязаны к одному количеству элементов. Нам нужен массив, размер которого можно менять. Поэтому нам лучше выбрать…
Динамический массив
Динамический массив — это массив, который может менять свой размер. Основные языки программирования в своих стандартных библиотеках поддерживают динамические массивы. В C++ это vector. В Java это ArrayList. В C# это List. Все они являются динамическими массивами. В своей сути динамический массив — это простой массив, однако имеющий ещё два дополнительных блока данных. В них хранятся действительный размер простого массива и объём данных, который может на самом деле храниться в простом массиве. Динамический массив может выглядеть примерно так:
Элемент internalArray указывает на динамически размещаемый буфер. Действительный массив буфера хранится в maxCapacity. Количество использовуемых элементов задаётся currentLength.
