Lekce 13 - Vícerozměrná pole v jazyce C++

V předchozím kvízu, Kvíz - Pokročilé podmínky a cykly v C++, jsme si ověřili nabyté zkušenosti z předchozích lekcí.

Dosud jsme v C++ tutoriálech pracovali pouze s jednorozměrnými poli. Jednorozměrné pole si můžeme představit jako řádku přihrádek v paměti počítače.

(Na obrázku je vidět pole osmi čísel)

Ačkoli to není tak časté, v programování se občas setkáváme i s vícerozměrnými poli a to zejména pokud programujeme nějakou simulaci. Například ve hrách může dvourozměrné pole simulovat hrací plochu, v matematice třeba matici.

Dvourozměrné pole

Dvourozměrné pole si můžeme v paměti představit jako tabulku a mohli bychom takto reprezentovat např. rozehranou partii piškvorek. Pokud bychom se chtěli držet reálných aplikací, které budete později v zaměstnání tvořit, můžeme si představit, že do 2D pole budeme ukládat informace o obsazenosti sedadel v kinosálu. Situaci bychom si mohli graficky znázornit např. takto:

(Na obrázku je vidět 2D pole reprezentující obsazenost kinosálu)

Kinosál by byl v praxi samozřejmě větší, ale jako ukázka nám toto pole postačí. 0 znamená volno, 1 obsazeno. Později bychom mohli doplnit i 2 - rezervováno a podobně. Pro tyto stavy by bylo správnější vytvořit nějaké konstanty, ale s tím se setkáme až později, takže si teď musíme vystačit pouze s čísly.

2D pole deklarujeme v C++ následujícím způsobem:

int kinosal[5][5];
// Naplnění nulami
for (int j = 0; j < 5; j++)
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        kinosal[j][i] = 0;

Nesmíme zapomenout pole vyplnit nulami, protože u C++ nevíme jaké hodnoty mohou být v poli aktuálně uloženy. Také si je potřeba uvědomit (a ideálně i někam do komentáře zapsat) jaké je pořadí souřadnic. V našem případě bude první číslice indexovat sloupec, druhá řádky.

Modifikace

Nyní kinosál naplníme jedničkami tak, jak je vidět na obrázku výše. Protože budeme jako správní programátoři líní, využijeme k vytvoření řádků jedniček for cykly Pro přístup k prvku 2D pole musíme samozřejmě zadat 2 souřadnice.

kinosal[2][2] = 1; // Prostredek
for (int i = 1; i < 4; i++) // 4. radek
{
        kinosal[i][3] = 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) // Posledni radek
{
    kinosal[i][4] = 1;
}

Výpis

Výpis pole opět provedeme pomocí cyklu. Na 2D pole budeme potřebovat cykly 2 (jeden nám proiteruje sloupce a druhý řádky). Cykly zanoříme do sebe tak, aby nám vnější cyklus projížděl řádky a vnitřní sloupce v aktuálním řádku. Po výpisu řádku je nutné odřádkovat. Oba cykly musí mít samozřejmě jinou řídící proměnnou:

{CPP_CONSOLE}

int kinosal[5][5];
// Naplnění nulami
for (int j = 0; j < 5; j++)
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        kinosal[j][i] = 0;
// Modifikace
kinosal[2][2] = 1; // Prostredek
for (int i = 1; i < 4; i++) // 4. radek
{
        kinosal[i][3] = 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) // Posledni radek
{
    kinosal[i][4] = 1;
}
// Výpis

for (int j = 0; j < 5; j++)
{
        for (int i = 0; i < 5; i++)
                cout << kinosal[i][j];
        cout << endl;
}
{/CPP_CONSOLE}

Výsledek:

Konzolová aplikace
00000
00000
00100
01110
11111

N-rozměrné pole

Někdy může být příhodné vytvořit si pole o ještě více dimenzích. My všichni si jistě dokážeme představit minimálně 3D pole. S příkladem s kinosálem se nabízí případ užití, kdy má budova více pater (nebo obecně více kinosálů). Vizualizace by vypadala asi nějak takto:

3D pole můžeme vytvořit tím samým způsobem, jako 2D pole:

int kinosaly[4][4][3];

Kód výše vytvoří 3D pole jako na obrázku. Přistupovat k němu budeme opět přes indexer (hranaté závorky) jako předtím, jen již musíme zadat 3 souřadnice.

kinosaly[3][2][1] = 1; // Druhý kinosál, třetí řada, čtvrtý sloupec

Zkrácená inicializace

Ještě si ukážeme, že i vícerozměrná pole je možné rovnou inicializovat hodnotami (kód vytvoří rovnou zaplněný kinosál jako na obrázku):

int kinosal[5][5] = {
    { 0, 0, 0, 0, 1 },
    { 0, 0, 0, 1, 1 },
    { 0, 0, 1, 1, 1 },
    { 0, 0, 0, 1, 1 },
    { 0, 0, 0, 0, 1 }
};

(Pole je v tomto zápisu otočené, jelikož definujeme sloupce, které zde zapisujeme jako řádky).

Nezarovnané pole

Dosud jsme mluvili pouze o tzv. pravoúhlých polích. U takového pole víme, že je vždy čtvercové. C++ nám nedovolí staticky vytvořit pole, které by mělo v jednotlivých dimenzích rozdílný počet prvků. Takové pole by vypadalo nějak takto:

Taková pole samozřejmě vytvořit lze, ale musíme si pro každou dimenzi pamatovat počet členů, protože na rozdíl od ostatních jazyků, C++ si velikost pole nepamatuje. Také je třeba využít dynamické alokace paměti, a proto toto téma necháme až na kurz dalších konstrukcí C++, kdy se k němu vrátíme.

Na závěr bych rád dodal, že někteří lidé, kteří neumí správně používat struktury, využívají 2D polí k ukládání více údajů o jediné struktuře. Např. budeme chtít uložit výšku, šířku a délku pěti mobilních telefonů. Ačkoli se vám nyní může zdát, že se jedná o úlohu na 3D pole, ve skutečnosti se jedná o úlohu na obyčejné 1D pole (přesněji seznam) objektů nebo struktur typu Telefon. Struktury se naučíme používat ještě na konci tohoto kurzu, objekty vás čekají až dále. Pole si můžete vyzkoušet ještě v cvičení k této sekci.

V příští lekci, Matematické funkce v C++, se podíváme na matematickou knihovnu cmath a na celočíselné dělení.

Měl jsi s čímkoli problém? Stáhni si vzorovou aplikaci níže a porovnej ji se svým projektem, chybu tak snadno najdeš.