10.5 – Многомерные массивы

Элементы массива могут быть любого типа данных, включая массивы! Массив массивов называется многомерным массивом.

int array[3][5]; // 3-элементный массив из 5-элементных массивов

Поскольку здесь у нас есть 2 индекса, это двумерный массив.

В двумерном массиве удобно рассматривать первый (левый) индекс как строку, а второй (правый) индекс как столбец. Это называется строковым порядком. Концептуально представленный выше двумерный массив имеет следующую структуру:

[0][0]  [0][1]  [0][2]  [0][3]  [0][4] // строка 0
[1][0]  [1][1]  [1][2]  [1][3]  [1][4] // строка 1
[2][0]  [2][1]  [2][2]  [2][3]  [2][4] // строка 2

Чтобы получить доступ к элементам двумерного массива, просто используйте два индекса:

array[2][3] = 7;

Инициализация двумерных массивов

Для инициализации двумерного массива проще всего использовать вложенные фигурные скобки, где каждый набор чисел представляет собой строку:

int array[3][5]
{
  {  1,  2,  3,  4,  5 }, // строка 0
  {  6,  7,  8,  9, 10 }, // строка 1
  { 11, 12, 13, 14, 15 }  // строка 2
};

Хотя некоторые компиляторы позволяют вам опускать внутренние фигурные скобки, мы настоятельно рекомендуем вам включать их в любом случае, как для удобства чтения, так и из-за того, как C++ заменяет отсутствующие инициализаторы на 0.

int array[3][5]
{
  {  1,  2 },        // строка 0 = 1, 2, 0, 0, 0
  {  6,  7, 8 },     // строка 1 = 6, 7, 8, 0, 0
  { 11, 12, 13, 14 } // строка 2 = 11, 12, 13, 14, 0
};

Двумерные массивы со списками инициализаторов могут опускать (только) крайнюю левую спецификацию длины:

int array[][5]
{
  {  1,  2,  3,  4,  5 },
  {  6,  7,  8,  9, 10 },
  { 11, 12, 13, 14, 15 }
};

Компилятор может вычислить, чему равна длина массива. Однако следующее не допускается:

int array[][] 
{
  { 1, 2, 3, 4 },
  { 5, 6, 7, 8 }
};

Как и обычные массивы, многомерные массивы могут быть инициализированы значением 0 следующим образом:

int array[3][5]{};

Доступ к элементам в двумерном массиве

Для доступа ко всем элементам двумерного массива требуются два цикла: один для строки и один для столбца. Поскольку доступ в двумерных массивах обычно осуществляется построчно, индекс строки обычно используется в качестве внешнего цикла.

for (int row{ 0 }; row < numRows; ++row) // пройти по строкам в массиве
{
    for (int col{ 0 }; col < numCols; ++col) // пройти по каждому элементу в строке
    {
        std::cout << array[row][col];
    }
}

В C++11 циклы for-each также могут использоваться с многомерными массивами. Цикл for-each мы подробно рассмотрим позже.

Многомерные массивы больше двух измерений

Многомерные массивы могут быть больше двух измерений. Вот объявление трехмерного массива:

int array[5][4][3];

Трехмерные массивы сложно инициализировать каким-либо интуитивно понятным способом с использованием списков инициализаторов, поэтому обычно лучше инициализировать массив значением 0, а затем явно присвоить значения с помощью вложенных циклов.

Доступ к элементу трехмерного массива аналогичен двумерному случаю:

std::cout << array[3][1][2];

Пример двумерного массива

Давайте посмотрим на практический пример двумерного массива:

#include <iostream>
 
int main()
{
    constexpr int numRows{ 10 };
    constexpr int numCols{ 10 };
 
    // Объявление массива 10x10
    int product[numRows][numCols]{};
 
    // Рассчитываем таблицу умножения
    for (int row{ 1 }; row < numRows; ++row)
    {
        for (int col{ 1 }; col < numCols; ++col)
        {
            product[row][col] = row * col;
        }
     }
 
    // Распечатываем таблицу
    for (int row{ 1 }; row < numRows; ++row)
    {
        for (int col{ 1 }; col < numCols; ++col)
        {
            std::cout << product[row][col] << '\t';
        }
 
        std::cout << '\n';
    }
 
    return 0;
}

Эта программа вычисляет и распечатывает таблицу умножения для всех значений от 1 до 9 (включительно). Обратите внимание, что при печати таблицы циклы for начинаются с 1 вместо 0. Это позволяет не печатать столбец 0 и строку 0, которые будут просто набором нулей! Вот результат:

1    2    3    4    5    6    7    8    9
2    4    6    8    10   12   14   16   18
3    6    9    12   15   18   21   24   27
4    8    12   16   20   24   28   32   36
5    10   15   20   25   30   35   40   45
6    12   18   24   30   36   42   48   54
7    14   21   28   35   42   49   56   63
8    16   24   32   40   48   56   64   72
9    18   27   36   45   54   63   72   81

Двумерные массивы обычно используются в играх с тайловой (плиточной) графикой, где каждый элемент массива представляет один тайл. Они также используются в трехмерной компьютерной графике (в качестве матриц) для поворота, масштабирования и отражения фигур.

Теги