3.6 多維數(shù)組

        其實(shí)C++中沒(méi)有什么多維數(shù)組，所說(shuō)的多維數(shù)組其實(shí)就是數(shù)組的數(shù)組。

        當(dāng)一個(gè)數(shù)組的元素依舊是數(shù)組時(shí)，通常使用兩個(gè)維度來(lái)定義它：一個(gè)維度表示數(shù)組本身大小，另外一個(gè)維度表示其元素（數(shù)組的數(shù)組）大寫(xiě)：

int ia[3][4];

        大小為3的數(shù)組，每個(gè)元素是含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組。

int arr[10][20][30] = {0};

        大小為10的數(shù)組，它的每個(gè)元素都是大小為20的數(shù)組，這些數(shù)組的元素又包含30個(gè)整數(shù)的數(shù)組，最后將所有元素初始化為0。

        由內(nèi)到外的順序閱讀此類(lèi)定義有助于更好地理解其真實(shí)含義。在第一條語(yǔ)句中，定義名稱(chēng)為ia，顯然ia是一個(gè)含有3個(gè)元素的數(shù)組。再往右邊寫(xiě)著ia的元素的維度，所以ia的元素本省又是含有4個(gè)元素的數(shù)組。在觀察最左邊，就能知道真正儲(chǔ)存的元素（ia的元素的數(shù)組）是整數(shù)。因此最后可以明確第一條語(yǔ)句的含義：定義了一個(gè)大小為3，名為ia的數(shù)組，該數(shù)組的每個(gè)元素都是含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組。

        再用同樣的方式理解第二條arr的定義，首先arr是一個(gè)大小為10的數(shù)組，它的每個(gè)元素都是大小為10的數(shù)組，而這些數(shù)組的元素又都是含有30個(gè)整數(shù)的數(shù)組。并且，定義數(shù)組時(shí)對(duì)下標(biāo)運(yùn)算符的數(shù)量并沒(méi)有限制，因此只要愿意就可以定義一個(gè)數(shù)組，它的元素是數(shù)組，數(shù)組的元素又是數(shù)組（禁止套娃?。?/p>

        對(duì)于二維數(shù)組來(lái)說(shuō)，常吧第一個(gè)維度成為行，第二個(gè)維度稱(chēng)為列。

多維數(shù)組的初始化

        允許使用花括號(hào)括起來(lái)的一組值初始化多維數(shù)組，這點(diǎn)和普通的數(shù)組一樣。下面初始化形式中，多維數(shù)組的每一行分別用花括號(hào)括了起來(lái)：

int ia[3][4]=    //三個(gè)元素，每個(gè)元素都是大小為4的數(shù)組
{
    {0,1,2,3}，  //第1行的初始值
    {4,5,6,7}，  //第2行的初始值
    {8,9,10,11}  //第3行的初始值
}；

        其中內(nèi)層嵌套的花括號(hào)并非必需的，例如下面的初始化語(yǔ)句，形式上更為簡(jiǎn)潔，完成的功能和上面的代碼完全一致：

int ia[3][4] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};
//沒(méi)有標(biāo)識(shí)每行的花括號(hào)，與之前的初始化語(yǔ)句是等價(jià)的

        類(lèi)似一維數(shù)組，在初始化多維數(shù)組時(shí)也并非所有元素的值都必須包含在初始化表之內(nèi)。如果僅僅想初始化每一行的第一個(gè)元素，通過(guò)如下的語(yǔ)句：

int ia[3][4] = {{0},{4},{8}};
//顯式地初始化每行的首元素

        其他沒(méi)有列出的元素執(zhí)行默認(rèn)初始化，這個(gè)過(guò)程和一位數(shù)組一樣。此時(shí)如果去掉內(nèi)層花括號(hào)，結(jié)果就不同了。

int ix[3][4] = {0,3,6,9};
//顯式地初始化第1行，其他元素執(zhí)行值的初始化。

        此時(shí)的含義是，它初始化了第一行的4個(gè)元素，其他元素被初始化0。 

多維數(shù)組的下標(biāo)引用

        可以使用下標(biāo)運(yùn)算符來(lái)訪(fǎng)問(wèn)多維數(shù)組的元素，此時(shí)數(shù)組的每個(gè)維度都對(duì)應(yīng)一個(gè)下標(biāo)運(yùn)算符。

        如果表達(dá)式含有的下標(biāo)運(yùn)算符數(shù)量和數(shù)組的維度一樣多，該表達(dá)式的結(jié)果將是給定類(lèi)型的元素；舉個(gè)例子：arr[0][0][0]的下標(biāo)運(yùn)算符數(shù)量為3，并且arr是3維的，此時(shí)下標(biāo)運(yùn)算符數(shù)量和數(shù)組的維度就是一樣多了。

        反之，如果表達(dá)式含有的下標(biāo)運(yùn)算符數(shù)量比數(shù)組的維度小，則表達(dá)式的結(jié)果將是定索引的一個(gè)內(nèi)層數(shù)組：

ia[2][3] = arr[0][0][0];
//用arr的首元素為ia最后一行的最后一個(gè)元素賦值
int (&row)[4] = ia[1];
//把row綁定到ia的第二個(gè)4元素?cái)?shù)組上

          在第一個(gè)例子中，對(duì)于用到的兩個(gè)數(shù)組來(lái)說(shuō)，表達(dá)式提供的下標(biāo)運(yùn)算符數(shù)量和它們各自的維度相同。在等號(hào)左側(cè)，ia[2]得到數(shù)組ia的最后一行，此時(shí)返回的是表達(dá)ia最后一行的那個(gè)一維數(shù)組而并非任何實(shí)際元素；對(duì)于這個(gè)一維數(shù)組再去取下標(biāo)，得到編號(hào)為[3]的元素，也就是這行的最后一個(gè)元素。

           經(jīng)常使用for循環(huán)來(lái)處理多維數(shù)組的元素，二維數(shù)組大多數(shù)就兩層嵌套的for循環(huán)去處理，外層for循環(huán)處理行，內(nèi)層for循環(huán)處理列；三維數(shù)組中，最外層循環(huán)表示面，中間層表示行，最內(nèi)層表示列。以此遍歷數(shù)組：

constexpr size_t rowCnt = 3 , colCnt = 4;
int ia[rowCnt][colCnt];
for(size_t i = 0;i != rowCnt;++i)
{
    for(size_t j = 0;j != colCnt;++j)
        {
            ia[i][j] = i * colCnt + j;
        }
}

使用范圍for語(yǔ)句處理多維數(shù)組

        由于在C++11新標(biāo)準(zhǔn)中新增了范圍for語(yǔ)句，所以前一個(gè)程序可以簡(jiǎn)化為如下形式：

size_t cnt = 0;
for (auto &row : ia)
{
    for(auto &col : row)
        {
            col = cnt;
            ++cnt;
        }
}

        ia是一個(gè)由數(shù)組構(gòu)成的數(shù)組，每次遍歷，相當(dāng)于一行一行的遍歷了ia。所以每次遍歷row相當(dāng)于取出一行ia。相當(dāng)于：對(duì)于外層數(shù)組的每一個(gè)元素。

        而col又相當(dāng)于每一行的row的引用。相當(dāng)于：對(duì)于內(nèi)層數(shù)組的每一個(gè)元素。

        這個(gè)循環(huán)賦值給ia元素的值和之前的那個(gè)循環(huán)是完全相同的，區(qū)別在于通過(guò)使用范圍for語(yǔ)句把管理數(shù)組索引的任務(wù)交給了系統(tǒng)。因?yàn)橐淖冊(cè)氐闹担缘冒芽刂谱兞縭ow和col聲明成引用類(lèi)型。        第一個(gè)for循環(huán)遍歷ia的所有元素，這些元素是大小為4的數(shù)組，因此row的類(lèi)型就應(yīng)該是含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組的引用。        第二個(gè)for循環(huán)遍歷那些4個(gè)元素?cái)?shù)組中的某一個(gè)，因此col的類(lèi)型是整數(shù)的引用。每次迭代把cnt的值賦給ia的當(dāng)前元素，然后將cnt加1。

        在上面的例子中，因?yàn)橐淖償?shù)組元素的值，所以我們選用引用類(lèi)型作為循環(huán)控制變量，但是其實(shí)還有一個(gè)深層次的原因促使我們這么做。

for(const auto &row:ia)
    for(auto col:row)
        cout<<col<<endl;

        這個(gè)循環(huán)中并沒(méi)有任何寫(xiě)操作，但是我們還是將外層循環(huán)的控制變量聲明成了引用類(lèi)型，這是為了 避免數(shù)組ia被自動(dòng)轉(zhuǎn)換成指針 。

for(auto row:ia)
    for(auto col:row)

        此時(shí)ia被自動(dòng)轉(zhuǎn)化成指針，row也變成指針了，auto col：row就變成col遍歷row的每一個(gè)地址。但是我們又不要遍歷地址。所以外層的引用方式必須要加的。

        程序無(wú)法通過(guò)編譯。這是因?yàn)?，想之前一樣第一個(gè)循環(huán)遍歷ia的所有元素，注意這些元素實(shí)際上是大小為4的數(shù)組。因?yàn)閞ow不是引用類(lèi)型，所以編譯器初始化row時(shí)會(huì)自動(dòng)將這些數(shù)組形式的元素（和其他類(lèi)型的數(shù)組一樣）轉(zhuǎn)換成指向該數(shù)組內(nèi)首元素的指針。這樣會(huì)得到的row的類(lèi)型就是int*，顯然內(nèi)層的循環(huán)就不合法了，編譯器將試圖在一個(gè)int*內(nèi)遍歷，這顯然和程序的初衷不一樣。

        Tips：要使用范圍for語(yǔ)句處理多維數(shù)組，除了最內(nèi)層的循環(huán)外，其他所有循環(huán)的控制變量都應(yīng)該是引用類(lèi)型。

指針和多維數(shù)組

        當(dāng)程序使用多維數(shù)組的名字時(shí)，也會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換成指向數(shù)組首元素的指針。

        因?yàn)槎嗑S數(shù)組實(shí)際上是數(shù)組的數(shù)組，所以由多維數(shù)組名轉(zhuǎn)換而來(lái)的指針實(shí)際上是指向第一個(gè)內(nèi)層數(shù)組的指針：

int ia[3][4];
//大小為3的數(shù)組，每個(gè)元素是含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組
int (*p)[4] = ia;
//p指向含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組
p = &ia[2];
//p指向ia的尾元素。

        (*p)意味著p是一個(gè)指針。接著看右側(cè)，指針p指向的是一個(gè)維度為4的數(shù)組；再看左側(cè)可知，數(shù)組中的元素是整數(shù)。所以，p是指向含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組的指針。

//在上述聲明中，圓括號(hào)必不可少：
int *ip[4];
//整形指針的數(shù)組
int (*ip)[4];
//指向含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組

        隨著C++11新標(biāo)準(zhǔn)提出，通過(guò)使用auto或者decltype就能盡可能地避免在數(shù)組前面加上一個(gè)指針類(lèi)型了：

//輸出ia中每個(gè)元素的值，每個(gè)內(nèi)層數(shù)組各占一行
//p指向含有4個(gè)整數(shù)的數(shù)組
for(auto p = ia;p != ia + 3; ++p)
{
    //q指向4個(gè)整數(shù)數(shù)組的首元素，也就是說(shuō)，q指向一個(gè)整數(shù)
    for(auto q = *p; q != *p + 4;++q)
        cout << *q <<' ';
    cout<<endl;
}

        外層的for循環(huán)首先聲明了一個(gè)指針并且令其指向ia的第一個(gè)內(nèi)層數(shù)組，然后依次迭代直到ia的全部3行都處理完為止。其中遞增運(yùn)算++p負(fù)責(zé)將指針p移動(dòng)到ia的下一行。

        內(nèi)層的for循環(huán)負(fù)責(zé)輸出內(nèi)層數(shù)組所包含的值。它首先令指針q指向p當(dāng)前所在行的第一個(gè)元素。*p是一個(gè)含有4個(gè)數(shù)組的數(shù)組，像往常一樣，數(shù)組名被自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成指向該數(shù)組首元素的指針。內(nèi)層for循環(huán)不斷迭代直到我們處理完了當(dāng)前內(nèi)層數(shù)組的所有元素為止。為了獲取內(nèi)層for循環(huán)的終止條件，再一次解引用p得到指向內(nèi)層數(shù)組首元素的指針，給它加上4就得到了終止條件。

        當(dāng)然，使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)begin和end也能實(shí)現(xiàn)同樣的功能，而且看起來(lái)更簡(jiǎn)潔一些：

//p指向ia的第一個(gè)數(shù)組
for(auto p = begin(ia); p != end(ia); ++p)
{
    //q指向內(nèi)層數(shù)組的首元素
    for(auto q = begin(*p); q != end(*p); ++q)
        cout<< *q << ' ' ;
        //輸出q指向的整數(shù)
    cout <<endl;
}

在此代碼中，循環(huán)終止條件由end函數(shù)負(fù)責(zé)判斷。雖然我們能夠判斷出p和q的類(lèi)型，但是直接使用auto關(guān)鍵字我們就不必再操心這些類(lèi)型是什么了。

類(lèi)型別名簡(jiǎn)化多維數(shù)組的指針

        讀，寫(xiě)和理解一個(gè)指向多維數(shù)組的指針是讓人不勝其煩的工作，使用類(lèi)型別名能讓工作變得簡(jiǎn)單一點(diǎn)。

using int_array = int[4];
//新標(biāo)準(zhǔn)下類(lèi)型別名的聲明
typedef int int_array[4];
//等價(jià)typedef聲明
//輸出ia中每個(gè)元素的值，每個(gè)內(nèi)層數(shù)組各占一行
for(int_array *p = ia; p != ia + 3;++q)
{
    for (int *q = *p;q != *p + 4; ++q)
        cout<< *q <<' ';
    cout<<endl;
}

        程序?qū)㈩?lèi)型“4個(gè)整數(shù)組成的數(shù)組” 命名為int_array，用類(lèi)型名int_array定義外層循環(huán)的控制變量讓程序看著更簡(jiǎn)潔；

到此這篇關(guān)于C++ 多維數(shù)組詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ 多維數(shù)組內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論