3.2. Массивы
3.2.1. Логическая структура
Массив - такая структура данных, которая характеризуется:
фиксированным набором элементов одного и того же типа;
каждый элемент имеет уникальный набор значений индексов;
количество индексов определяют мерность массива, например, два индекса - двумерный массив, три индекса - трехмерный массив, один индекс - одномерный массив или вектор;
обращение к элементу массива выполняется по имени массива и значениям индексов для данного элемента.
Другое определение: массив - это вектор, каждый элемент которого - вектор.
Синтаксис описания массива представляется в виде:
<Имя> : Array [n1..k1] [n2..k2] .. [nn..kn] of < Тип >.
Для случая двумерного массива:
Mas2D : Array [n1..k1] [n2..k2] of <Тип>, или
Mas2D : Array [n1..k1 , n2..k2] of <Тип>
Наглядно двумерный массив можно представить в виде таблицы из (k1-n1+1) строк и (k2-n2+1) столбцов.
3.2.2. Физическая структура
Физическая структура - это размещение элементов массива в памяти ЭВМ. Для случая двумерного массива, состоящего из (k1-n1+1) строк и (k2-n2+1) столбцов физическая структура представлена на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Физическая структура двумерного массива из (k1-n1+1) строк и (k2-n2+1) столбцов
Многомерные массивы хранятся в непрерывной области памяти. Размер слота определяется базовым типом элемента массива. Количество элементов массива и размер слота определяют размер памяти для хранения массива. Принцип распределения элементов массива в памяти определен языком программирования. Так в FORTRAN элементы распределяются по столбцам - так, что быстрее меняется левые индексы, в PASCAL - по строкам - изменение индексов выполняется в направлении справа налево.
Количество байтов памяти, занятых двумерным массивом, определяется по формуле :
ByteSize = (k1-n1+1)*(k2-n2+1)*SizeOf(Тип)
Адресом массива является адрес первого байта начального компонента массива. Смещение к элементу массива Mas[i1,i2] определяется по формуле:
ByteNumber = [(i1-n1)*(k2-n2+1)+(i2-n2)]*SizeOf(Тип)
его адрес : @ByteNumber = @mas + ByteNumber.
Например:
var Mas : Array [3..5] [7..8] of Word;
Базовый тип элемента Word требует два байта памяти, тогда таблица 3.2 смещений элементов массива относительно @Mas будет следующей:
Смещение (байт) |
Идентификатор поля |
Смещение (байт) |
Идентификатор поля |
+ 0 |
Mas[3,7] |
+ 2 |
Mas[3,8] |
+ 4 |
Mas[4,7] |
+6 |
Mas[4,8] |
+ 8 |
Mas[5,7] |
+ 10 |
Mas[5,8] |
Таблица 3.2
Этот массив будет занимать в памяти: (5-3+1)*(8-7+1)*2=12 байт; а адрес элемента Mas[4,8]:
@Mas+((4-3)*(8-7+1)+(8-7)*2 = @Mas+6
3.2.3. Операции
Важнейшая операция физического уровня над массивом - доступ к заданному элементу. Как только реализован доступ к элементу, над ним может быть выполнена любая операция, имеющая смысл для того типа данных, которому соответствует элемент. Преобразование логической структуры в физическую называется процессом линеаризации, в ходе которого многомерная логическая структура массива преобразуется в одномерную физическую структуру.
В соответствии с формулами (3.3), (3.4) и по аналогии с вектором (3.1), (3.2) для двумерного массива c границами изменения индексов:
[B(1)..E(1)][B(2)..E(2)], размещенного в памяти по строкам, адрес элемента с индексами [I(1),I(2)] может быть вычислен как:
Addr[I(1),I(2)] = Addr[B(1),B(2)] +
{ [I(1)-B(1)] * [E(2)-B(2)+1] + [I(2)-B(2)] }*SizeOf(Тип) (3.5)
К операциям логического уровня над массивами необходимо отнести такие как сортировка массива, поиск элемента по ключу. Наиболее распространенные алгоритмы поиска и сортировок будут рассмотрены в данной главе ниже.