Урок 12. Массивы и функции

Массивы, также как остальные переменные, можно передавать в функции в качестве аргументов. Рассмотрим такую программу:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
 
#define N 10
 
void arr_make(int arr[], int min, int max);
 
main () {
  int arrI[N], i;
 
  arr_make(arrI, 30, 90);
 
  for (i=0; i<N; i++)
    printf("%d ", arrI[i]);
  printf("\n");
}
 
void arr_make(int arr[], int min, int max) {
  int i;
 
  srand(time(NULL));
 
  for (i=0; i<N; i++)
    arr[i] = rand() % (max - min + 1) + min;
}

В теле функции main() объявляется массив, состоящий из 10 элементов. Далее вызывается функция arr_make(), которой передаются в качестве аргументов имя массива и два целых числа.

Если посмотреть на функцию arr_make(), то можно заметить, что ее первый параметр выглядит немного странно. Функция принимает массив неизвестно какого размера. Если предположить, что массивы передаются по значению, т.е. передаются их копии, то как при компиляции будет вычислен необходимый объем памяти для функции arr_make(), если неизвестно какого размера будет один из ее параметров?

На прошлом уроке мы выяснили, что имя массива — это константный указатель на первый элемент массива; т.е. имя массива содержит адрес. Выходит, что мы передаем в функцию копию адреса, а не копию значения. Как мы уже знаем, передача адреса приводит к возможности изменения локальных переменных в вызывающей функции из вызываемой. Ведь на одну и ту же ячейку памяти могут ссылаться множество переменных, и изменение значения в этой ячейке с помощью одной переменной неминуемо отражается на значениях других переменных.

Описание вида arr[] в параметрах функций говорит о том, что в качестве значения мы получаем указатель на массив, а не обычную (скалярную) переменную типа int, char, float и т.п.

Задание
Проверьте как работает программа. Что происходит внутри тела функции arr_make()?

Продолжим рассуждения. Если в функцию передается только адрес массива, то в теле функции никакого массива не существует, и когда там выполняется выражение типа arr[i], то на самом деле arr — это не имя массива, а переменная-указатель, к которой прибавляется смещение. Поэтому цикл в функции arr_make() можно переписать на такой:

for(i=0; i<N; i++)
	*arr++ = rand() % (max - min + 1) + min;

В теле цикла результат выражения справа от знака присваивания записывается по адресу, на который указывает arr. За это отвечает выражение *arr. Затем указатель arr начинает указывать на следующую ячейку памяти, т.к. к нему прибавляется единица (arr++). Еще раз: сначала выполняется выражение записи значения по адресу, который содержится в arr; после чего изменяется адрес, содержащийся в указателе (сдвигается на одну ячейку памяти определенного размера).

Поскольку мы можем изменять arr, это доказывает, что arr — обычный указатель, а не имя массива. Тогда зачем в заголовке функции такой гламур, как arr[]? Действительно, чаще используют просто переменную-указатель:
void arr_make(int *arr, int min, int max);

Хотя в таком случае становится не очевидно, что принимает функция - указатель на обычную переменную или все-таки на массив. В любом случае она будет работать.

Задание
Перепишите программу с использованием нотации указателей.

Часто при передаче в функцию массивов туда же передают и количество его элементов в виде отдельного параметра. В примере выше N является глобальной константой, поэтому ее значение доступно как из функции main(), так и arr_make(). Иначе, более грамотно было бы написать функцию arr_make() так:

void arr_make(int *arr, int n, int min, int max) {
  int i;
 
  srand(time(NULL));
 
  for (i=0; i<n; i++)
    arr[i] = rand() % (max - min + 1) + min;
}

В данном случае параметр n — это количество обрабатываемых элементов массива.

Следует еще раз обратить внимание на то, что при передачи имени массива в функцию, последняя может его изменять. Однако такой эффект не всегда является желательным. Конечно, можно просто не менять значения элементов массива внутри функции, как в данном примере, где вычисляется сумма элементов массива; при этом сами элементы никак не изменяются:

int arr_sum(int *arr) {
  int i, s=0;
 
  for(i=0; i<N; i++) {
	s = s + arr[i];
  }
 
  return s;
}

Но если вы хотите написать более надежную программу, в которой большинство функций не должны менять значения элементов массивов, то лучше в заголовках этих функций объявлять параметр-указатель как константу, например:
int arr_sum(const int *arr);

В этом случае, любая попытка изменить значение по адресу, содержащемуся в таком константном указателе, будет приводить к ошибке и программист будет знать, что в функция пытается изменить массив.

Усовершенствуем программу, которая была приведена в начале этого урока:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
 
#define N 10
 
void arr_make(int *arr, int min, int max);
void arr_inc_dec(int arr[], char sign);
void arr_print(int *arr);
 
main () {
  int arrI[N], i, minimum, maximum;
  char ch;
 
  printf("Enter minimum & maximum: ");
  scanf("%d %d", &minimum, &maximum);
  arr_make(arrI, minimum, maximum);
  arr_print(arrI);
 
  scanf("%*c"); // избавляемся от \n
 
  printf("Enter sign (+,-): ");
  scanf("%c", &ch);
  arr_inc_dec(arrI, ch);
  arr_print(arrI);  
}
 
void arr_make(int *arr, int min, int max) {  
      int i;
      srand(time(NULL));
 
      for(i=0; i<N; i++)
	    *arr++ = rand() % (max - min + 1) + min;
}
 
void arr_inc_dec(int *arr, char sign) {	
	int i;
	for (i=0; i<N; i++) {
		if (sign == '+') arr[i]++;
		if (sign == '-') arr[i]--;
	}
}
 
void arr_print(int *arr) {
	int i;
	printf("The array is: ");
	for (i=0; i<N; i++)
		printf("%d ", *arr++);
      printf("\n");
}

Теперь у пользователя запрашивается минимум и максимум, затем создается массив из элементов, значения которых лежат в указанном диапазоне. Массив выводится на экран с помощью функции arr_print(). Далее у пользователя запрашивается знак + или -. Вызывается функция arr_inc_dec(), которая в зависимости от введенного знака увеличивает или уменьшает на единицу значения элементов массива.

В функциях arr_make() и arr_print() используется нотация указателей. Причем в теле функций значения указателей меняются: они указывают сначала на первый элемент массива, затем на второй и т.д. В функции arr_inc_dec() используется вид обращения к элементам массива. При этом значение указателя не меняется: к arr прибавляется смещение, которое увеличивается на каждой итерации цикла. Ведь на самом деле запись arr[i] означает *(arr+i).

При использовании нотации обращения к элементам массива программы получаются более ясные, а при использовании записи с помощью указателей они компилируются чуть быстрее. Это связано с тем, что когда компилятор встречает выражение типа arr[i], то он тратит время на преобразование его к виду *(arr+i). Однако лучше потратить лишнюю секунду при компиляции, но получить более читаемый код.

Задания

  1. Переделайте программу, которая приведена выше таким образом, чтобы она работала с вещественными числами. Вместо функции arr_inc_dec() напишите другую, которая изменяет значения элементов массива на любое значение, которое указывает пользователь.
  2. Напишите программу, в которой из одной функции в другую передается указатель не на начало массива, а на его середину.
  3. Напишите программу, в которой из функции main() в другую функцию передаются два массива: "заполненный" и "пустой". В теле этой функции элементам "пустого" массива должны присваиваться значения, так или иначе преобразованные из значений элементов "заполненного" массива, который не должен изменяться.

Создано