Урок 5. Массивы и std::vector

Чтобы прочитать тысячу чисел и потом вывести их в обратном порядке, не заводят тысячу переменных. Берут массив — ряд пронумерованных ячеек одного типа под одним именем.

Обычный массив

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    cout << a[0] << " " << a[4] << "\n";
    a[2] = 99;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << a[i] << " ";
    }
    cout << "\n";
    return 0;
}

10 50
10 20 99 40 50

• int a[5] — массив из пяти целых чисел. Размер пишется в квадратных скобках и потом не меняется.
• Ячейки (элементы) нумеруются с нуля: у массива из пяти элементов номера (индексы) от 0 до 4.
• a[i] — элемент с индексом i; его можно читать и менять, как обычную переменную.

Массив без начальных значений, объявленный внутри функции, заполнен «мусором». int a[5] = {}; заполняет его нулями. Массивы, объявленные вне всех функций (глобальные), заполняются нулями сами.

Размер обычного массива должен быть известен при сборке: int a[n], где n прочитано с клавиатуры, в стандартном C++ писать нельзя. g++ такое собирает как своё расширение языка, а Visual Studio выдаёт ошибку. Для массива, размер которого узнаётся при работе программы, есть vector.

std::vector

vector — массив, который сам следит за своим размером и умеет расти. Для него нужен #include <vector>. В угловых скобках пишется тип элементов:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    int n;
    cin >> n;
    vector<int> a(n);          // n элементов, все равны 0
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        cin >> a[i];
    }
    for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
        cout << a[i] << " ";
    }
    cout << "\n";
    return 0;
}

5
1 2 3 4 5

5 4 3 2 1

Способы создать вектор:

Добавление и удаление

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v;
    v.push_back(3);
    v.push_back(1);
    v.push_back(4);
    cout << v.size() << " " << v.front() << " " << v.back() << "\n";
    v.pop_back();
    cout << v.size() << " " << v.back() << "\n";
    v.clear();
    cout << v.empty() << "\n";
    return 0;
}

3 3 4
2 1
1

push_back удобен, когда количество заранее неизвестно: значения читают и добавляют, пока есть данные.

v[i], как и у массива, границы не проверяет. v.at(i) проверяет: при неверном индексе программа остановится с понятной ошибкой out_of_range, а не испортит память. Удобно при поиске ошибок.

Цикл по всем элементам

Чтобы пройти по всем элементам, не нужен счётчик:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {5, 2, 8, 1};
    int best = v[0];
    for (int x : v) {
        if (x > best) {
            best = x;
        }
    }
    cout << "max " << best << "\n";
    for (int& x : v) {
        x *= 10;
    }
    for (int x : v) {
        cout << x << " ";
    }
    cout << "\n";
    return 0;
}

max 8
50 20 80 10

for (int x : v) читается как «для каждого x из v». В x попадает копия элемента, поэтому менять элементы так нельзя. for (int& x : v) с & даёт сам элемент, и изменения остаются в векторе. Что такое &, подробно — в уроке Функции и ссылки.

Ловушка с size()

v.size() возвращает беззнаковое число (оно не бывает отрицательным). Из-за этого две ловушки:

• for (int i = 0; i < v.size(); i++) с ключом -Wall даёт предупреждение comparison of integer expressions of different signedness. Пишите i < (int)v.size() или цикл по элементам.
• v.size() - 1 у пустого вектора — не −1, а огромное число (в 64-битной программе около 1,8·10¹⁹). Цикл for (int i = 0; i < v.size() - 1; i++) на пустом векторе уйдёт далеко за границы.

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {4, 7, 7, 2, 7};
    int n = v.size();
    int sevens = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (v[i] == 7) {
            sevens++;
        }
    }
    cout << sevens << "\n";
    return 0;
}

3

Размер один раз кладут в переменную int n — дальше сравнения обычные, без предупреждений.

Двумерные массивы

Таблица из n строк и m столбцов — вектор векторов:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    int n, m;
    cin >> n >> m;
    vector<vector<int>> t(n, vector<int>(m));
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            cin >> t[i][j];
        }
    }
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int sum = 0;
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            sum += t[i][j];
        }
        cout << sum << "\n";
    }
    return 0;
}

2 3
1 2 3
4 5 6

6
15

t[i][j] — элемент в строке i и столбце j. Обычный двумерный массив пишется так же: int t[100][100];.

Коротко

• Индексы начинаются с 0: у массива из n элементов последний — a[n - 1].
• Выход за границы C++ не ловит: неверный ответ или падение программы.
• vector<int> v(n); — массив из n нулей, размер которого задаётся при работе программы.
• push_back — добавить в конец, size() — размер, back() — последний элемент.
• for (int x : v) — копии элементов, for (int& x : v) — сами элементы.
• size() беззнаковый: кладите его в int перед сравнениями.

Проверьте себя

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(3, 2);
    v.push_back(5);
    cout << v.size() << " " << v[0] + v[3] << "\n";
    return 0;
}