Lekce 8 - Pole ve VB.NET

V minulé lekci, Ošetření uživatelských vstupů ve VB.NET, jsme si ukázali ošetření uživatelských vstupů.

V dnešním VB.NET tutoriálu si představíme datovou strukturu pole a vyzkoušíme si, co všechno umí.

Pole

Představte si, že si chcete uložit nějaké údaje o více prvcích. Např. chcete v paměti uchovávat 10 čísel, políčka šachovnice nebo jména 50ti uživatelů. Asi vám dojde, že v programování bude nějaká lepší cesta, než začít bušit proměnné uzivatel1, uzivatel2, ... až uzivatel50. Nehledě na to, že jich může být třeba 1000. A jak by se v tom potom hledalo? Brrr, takhle ne

Pokud potřebujeme uchovávat větší množství proměnných stejného typu, tento problém nám řeší pole. Můžeme si ho představit jako řadu přihrádek, kde v každé máme uložený jeden prvek. Přihrádky jsou očíslované tzv. indexy, první má index 0.

(Na obrázku je vidět pole osmi čísel)

Programovací jazyky se velmi liší v tom, jak s polem pracují. V některých jazycích (zejména starších, kompilovaných) nebylo možné za běhu programu vytvořit pole s dynamickou velikostí (např. mu dát velikost dle nějaké proměnné). Pole se muselo deklarovat s konstantní velikostí přímo ve zdrojovém kódu. Toto se obcházelo tzv. pointery a vlastními datovými strukturami, což často vedlo k chybám při manuální správě paměti a nestabilitě programu (např. v C++). Naopak některé interpretované jazyky umožňují nejen deklarovat pole s libovolnou velikostí, ale dokonce tuto velikost na již existujícím poli měnit (např. PHP). My víme, že VB.NET je virtuální stroj, tedy cosi mezi kompilerem a interpretem. Proto můžeme pole založit s velikostí, kterou dynamicky zadáme až za běhu programu, ale velikost existujícího pole modifikovat nemůžeme. Lze to samozřejmě obejít nebo použít jiné datové struktury, ale k tomu se dostaneme.

Možná vás napadá, proč se tu zabýváme s polem, když má evidentně mnoho omezení a existují lepší datové struktury. Odpověď je prostá: pole je totiž jednoduché. Nemyslím pro nás na pochopení (to také), ale zejména pro Visual Basic. Rychle se s ním pracuje, protože prvky jsou v paměti jednoduše uloženy za sebou, zabírají všechny stejně místa a rychle se k nim přistupuje. Mnoho vnitřních funkčností v .NET proto nějak pracuje s polem nebo pole vrací. Je to klíčová struktura.

Pro hromadnou manipulaci s prvky pole se používají cykly.

Pole deklarujeme pomocí kulatých závorek:

Dim pole(9) As Integer

Slovo pole je samozřejmě název naší proměnné. Nyní jsme deklarovali, že v proměnné bude pole 10 prvků typu Integer. Pole se založí automaticky, pokud zadáme počet prvků v poli. Nyní máme v proměnné pole pole o velikosti 10 čísel typu Integer. Pozor na skutečnost, že jako délku zadáváme poslední index, který je číslovaný od nuly, pole(9) má tedy 10 prvků.

K prvkům pole potom přistupujeme přes kulatou závorku, pojďme na první index (tedy index 0) uložit číslo 1.

Dim pole(9) As Integer
pole(0) = 1

Plnit pole takhle ručně by bylo příliš pracné, použijeme cyklus a naplníme si pole čísly od 1 do 10. K naplnění použijeme For cyklus:

Dim pole(9) As Integer
For i As Integer = 0 To 9
    pole(i) = i + 1
Next

Abychom pole vypsali, můžeme za předchozí kód připsat:

{VBNET_CONSOLE}

Dim pole(9) As Integer
For i As Integer = 0 To 9
    pole(i) = i + 1
Next

For i As Integer = 0 To pole.Length - 1
    Console.Write("{0} ", pole(i))
Next
{/VBNET_CONSOLE}

Všimněte si, že pole má vlastnost Length, kde je uložena jeho délka, tedy počet prvků.

Konzolová aplikace
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Můžeme použít zjednodušenou verzi cyklu pro práci s kolekcemi, známou jako For Each. Ten projede všechny prvky v poli a jeho délku si zjistí sám. Jeho syntaxe je následující:

For Each promenna As Integer In pole
    Console.WriteLine(promenna)
Next

Cyklus projede prvky v kolekci (to je obecný název pro struktury, které obsahují více prvků, u nás to bude pole) postupně od prvního do posledního. Prvek máme v každé iteraci cyklu uložený v dané proměnné.

Přepišme tedy náš dosavadní program pro For Each. For Each nemá řídící proměnnou, není tedy vhodný pro vytvoření našeho pole a použijeme ho jen pro výpis.

{VBNET_CONSOLE}
Dim pole(9) As Integer
pole(0) = 1
For i As Integer = 0 To 9
    pole(i) = i + 1
Next
For Each promenna As Integer In pole
    Console.Write("{0} ", promenna)
Next
Console.ReadKey()
{/VBNET_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikace
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pole samozřejmě můžeme naplnit ručně a to i bez toho, abychom dosazovali postupně do každého indexu. Použijeme k tomu složených závorek a prvky oddělujeme čárkou:

Dim simpsonovi() = {"Homer", "Marge", "Bart", "Lisa", "Maggie"}

Všimněte si, že v tomto případě jsme nemuseli uvést počet prvků.

Pole často slouží k ukládání mezivýsledků, které se potom dále v programu používají. Když něco potřebujeme 10x, tak to nebudeme 10x počítat, ale spočítáme to jednou a uložíme do pole, odtud poté výsledek jen načteme.

Metody na třídě Array

.NET nám poskytuje třídu Array, která obsahuje pomocné metody pro práci s poli. Pojďme se na ně podívat:

Sort()

Jak již název napovídá, metoda nám pole seřadí. Její jediný parametr je pole, které chceme seřadit. Je dokonce tak chytrá, že pracuje podle toho, co máme v poli uložené. Stringy třídí podle abecedy, čísla podle velikosti. Zkusme si seřadí a vypsat naši rodinku Simpsnů:

{VBNET_CONSOLE}
Dim simpsonovi() = {"Homer", "Marge", "Bart", "Lisa", "Maggie"}
Array.Sort(simpsonovi)
For Each s As String In simpsonovi
    Console.Write("{0} ", s)
Next
Console.ReadKey()
{/VBNET_CONSOLE}

Konzolová aplikace
Bart Homer Lisa Maggie Marge

Zkuste si udělat pole čísel a vyzkoušejte si, že to opravdu funguje i pro ně.

Reverse()

Reverse() nám pole otočí (první prvek bude jako poslední atd.), toho můžeme využít např. pro třídění pozpátku:

{VBNET_CONSOLE}
Dim simpsonovi() = {"Homer", "Marge", "Bart", "Lisa", "Maggie"}
Array.Sort(simpsonovi)
Array.Reverse(simpsonovi)
For Each s As String In simpsonovi
    Console.Write("{0} ", s)
Next
Console.ReadKey()
{/VBNET_CONSOLE}

IndexOf() a LastIndexOf()

Tyto metody vrátí index prvního nebo posledního nalezeného prvku. V případě nenalezení prvku vrátí -1. Metoda bere dva parametry, prvním je pole, druhým hledaný prvek. Umožníme uživateli zadat jméno Simpsna a řekneme mu, na jaké pozici je uložený. Teď to pro nás nemá hlubší význam, protože prvek pole je jen String. Bude se nám to však velmi hodit ve chvíli, kdy v poli budeme mít uloženy plnohodnotné objekty. Berme to tedy jako takovou přípravu.

{VBNET_CONSOLE}
Dim simpsonovi() = {"Homer", "Marge", "Bart", "Lisa", "Maggie"}
Console.WriteLine("Ahoj, zadej svého oblíbeného Simpsna (z rodiny Simpsnů): ")
Dim simpson As String = Console.ReadLine()
Dim pozice As Integer = Array.IndexOf(simpsonovi, simpson)
If pozice >= 0 Then
    Console.WriteLine("Jo, to je můj {0}. nejoblíbenější Simpson!", pozice + 1)
Else
    Console.WriteLine("Hele, tohle není Simpson")
End If
Console.ReadKey()
{/VBNET_CONSOLE}

Konzolová aplikace
Ahoj, zadej svého oblíbeného Simpsna (z rodiny Simpsů):
Homer
Jo, to je můj 1. nejoblíbenější Simpson!

Copy()

Copy() již podle názvu zkopíruje část pole do jiného pole. Prvním parametrem je zdrojové pole, druhým cílové a třetím počet znaků, který se má zkopírovat.

Metody na poli

Třída Array není jedinou možností, jak s polem manipulovat. Přímo na samotné instanci pole (konkrétní proměnné) můžeme volat také spoustu metod. I když si zmíníme jen některé, je jich opravdu hodně. Nebudeme tedy dělat příklady, jen si je popíšeme:

Length

Length jsme si již zmínili, vrátí délku pole. Není metodou, ale vlastností, nepíší se za ni tedy závorky ().

Min(), Max(), Average(), Sum()

Matematické metody, vracející nejmenší prvek (Min()), největší prvek (Max()), průměr ze všech prvků (Average()) a součet všech prvků (Sum()). Metody nemají žádné parametry.

Concat(), Intersect(), Union()

Všechny tyto metody vrátí na výstupu nové pole a jako parametr mají druhé pole. Concat() vykoná nám již známou konkatenaci, tedy k našemu poli připojí druhé pole a takto vzniklé nové pole vrátí. Intersect() vykoná průnik obou polí, tedy sestaví pole s prvky, které jsou oběma polím společné. Union() naopak vykoná sjednocení, funguje tedy podobně jako Concat(), jen prvky, které byly v obou polích, jsou v novém poli jen jednou.

First() a Last()

Již podle názvu metody vrátí první a poslední prvek, neberou žádné parametry.

Take() a Skip()

Obě tyto metody berou jako parametr počet prvků. Take vrátí pole s daným počtem prvků zkopírovaných od začátku původního pole. Skip() naopak vrátí pole bez těchto prvních prvků.

Contains()

Metoda vrací True/False podle toho, zda se prvek, uvedený v parametru metody, v daném poli nachází.

Reverse()

Metodu Reverse() známe již z třídy Array, pokud ji ale voláme na konkrétním poli, tak se prvky v něm neotočí, nýbrž je vytvořeno nové otočené pole a to je vráceno. Metoda nemá žádné parametry.

Distinct()

Distinct() je metoda bez parametrů a zajistí, aby byl v poli každý prvek jen jednou, tedy vymaže duplicitní prvky a unikátní pole vrátí jako návratovou hodnotu metody, opět tedy nemodifikuje dané pole.

Mnoho metod nemění přímo naše pole, ale vrátí pouze pole nové (jsou to metody Concat(), Intersect(), Union(), Reverse() a Distinct()), ve kterém jsou provedeny požadované změny. Pokud chceme modifikovat původní pole, musíme do něj takto dosadit. Tyto metody bohužel z důvodů, které pochopíme až později, nevrací přímo pole, ale typ IEnumerable. Aby bylo dosazení výsledku zpět do pole možné, musíme ho ještě převést na pole metodou ToArray().

Dim cisla() = { 1, 2, 3, 3, 3, 5 }
cisla = cisla.Distinct().ToArray()

Proměnná délka pole

Říkali jsme si, že délku pole můžeme definovat i za běhu programu, pojďme si to zkusit a rovnou si vyzkoušejme nějakou metodu na poli:

Console.WriteLine("Ahoj, spočítám ti průměr známek. Kolik známek zadáš?")
Dim pocet As Integer = Console.ReadLine()
Dim cisla(pocet - 1) As Integer
For i As Integer = 0 To pocet - 1
    Console.Write("Zadejte {0}. číslo: ", i + 1)
    cisla(i) = Console.ReadLine()
Next
Console.WriteLine("Průměr tvých známek je: {0}", cisla.Average())
Console.ReadKey()

Konzolová aplikace
Ahoj, spočítám ti průměr známek. Kolik známek zadáš?
5
Zadejte 1. číslo: 1
Zadejte 2. číslo: 2
Zadejte 3. číslo: 2
Zadejte 4. číslo: 3
Zadejte 5. číslo: 5
Průměr tvých známek je: 2,6

Tento příklad by šel samozřejmě napsat i bez použití pole, ale co kdybychom chtěli spočítat např. medián? Nebo např. vypsat zadaná čísla pozpátku? To už by bez pole nešlo. Takhle máme k dispozici v poli původní hodnoty a můžeme s nimi neomezeně a jednoduše pracovat.

To by pro dnešek stačilo, můžete si s polem hrát.

V následujícím kvízu, Kvíz - Podmínky, cykly a pole ve VB.NET, si vyzkoušíme nabyté zkušenosti z předchozích lekcí.