Lekce 13 - Vícerozměrná pole ve VB.NET

V minulé lekci, Cykly ve VB .NET podruhé - While, Do-Loop, Exit a Continue, jsme ucelili naše znalosti cyklů dalšími konstrukcemi a klíčovými slovy, na která můžeme narazit v cizích zdrojových kódech.

Dnešní Visual Basic .NET tutoriál je v kurzu základních konstrukcí VB.NET v podstatě bonusový a pojednává o tzv. vícerozměrných polích. Teoreticky můžete rovnou přejít k objektově orientovanému programování, doporučuji však si konec této sekce ještě alespoň projít, abyste měli o zbývajících technikách povědomí, přeci jen se jedná o dosti základní vědomosti.

Již umíme pracovat s jednorozměrným polem, které 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 (např. hru).

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 obsazenostech 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 si vlastní datový typ, tzv. výčet, ale s ním se setkáme až později, takže si teď musíme vystačit pouze s čísly.

2D pole deklarujeme ve VB.NET následujícím způsobem:

Dim kinosal(4, 4) As Integer

První číslice udává počet sloupců, druhá počet řádků (samozřejmě si to můžeme určit i obráceně, např. matice v matematice se zapisují opačně).

Všechna číselná pole ve Visual Basic .NET jsou po deklaraci automaticky inicializována samými nulami, pokud specifikujeme jejich velikost, můžeme se na to spolehnout. Vytvořili jsme si tedy v paměti tabulku plnou nul.

Naplnění daty

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

kinosal(2, 2) = 1 'Prostředek
For i As Integer = 1 To 3 ' 4. řádek
    kinosal(i, 3) = 1
Next
For i As Integer = 0 to 4 ' Poslední řádek
    kinosal(i, 4) = 1
Next

Výpis

Výpis pole opět provedeme pomocí cyklu, na 2d pole budeme potřebovat cykly 2 (jeden nám proiteruje sloupce a druhý řádky). Jako správní programátoři nevložíme počet řádků a sloupců do cyklů napevno, jelikož se může změnit. Visual Basic .NET poskytuje na 2D poli vlastnost Length jako tomu bylo u 1D pole, ale ta vrací celkový počet prvků v poli, v našem případě tedy 25. Nás bude zajímat metoda GetLength(), která přijímá jako parametr dimenzi (0 sloupce, 1 řádky) a vrátí nám počet prvků v této dimenzi. První dimenzí je počet sloupců, druhou počet řádků.

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:

{VBNET_CONSOLE}

' deklarace
Dim kinosal(4, 4) As Integer
' naplnění daty
kinosal(2, 2) = 1 ' Prostředek
For i As Integer = 1 To 3 ' 4. řádek
    kinosal(i, 3) = 1
Next
For i As Integer = 0 To 4 ' Poslední řádek
    kinosal(i, 4) = 1
Next

For j As Integer = 0 To kinosal.GetLength(1) - 1
    For i As Integer = 0 To kinosal.GetLength(0) - 1
        Console.Write(kinosal(i, j))
    Next
    Console.WriteLine()
Next
{/VBNET_CONSOLE}

Výsledek:

Konzolová aplikace
00000
00000
00100
01110
11111

N-rozměrná 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:

Dim kinosaly(4, 4, 2) As Integer

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

kinosaly(3, 2, 1) = 1 ' Druhý kinosál, třetí řada, čtvrtý sloupec

Pokud metodě GetLength() zadáme parametr s hodnotou 2, získáváme počet "pater" (kinosálů).

Pole polí

Mnoho programovacích jazyků vlastně vícerozměrná pole nepodporuje, VB.NET je spíše výjimkou. Můžeme si v nich ale stejně vytvořit kolika-rozměrné pole chceme, jelikož 2D pole není vnitřně nic jiného, než pole polí. Situaci si můžeme představit tak, že si vytvoříme pole o pěti prvcích (1. řádek) a každá buňka v tomto řádku v sobě bude obsahovat další pole, reprezentující sloupeček.

Takové 2D pole deklarujeme následujícím způsobem:

Dim kinosal()() As Integer = New Integer(4)() {}

Výhodou takto deklarovaného 2D pole je fakt, že si do každého řádku/sloupce můžeme uložit jak velké pole chceme. V některých případech tedy nemusíme "plýtvat" pamětí na celou tabulku a můžeme pole vytvořit "zubaté" (anglicky jagged):

Nevýhodou tohoto přístupu je, že musíme pole nepříjemně inicializovat sami. Původní řádek s pěti buňkami sice existuje, ale jednotlivé sloupečky si do něj musíme navkládat sami (zatím si vložme všechny sloupečky o 5ti prvcích):

For i As Integer = 0 To kinosal.Length - 1
    kinosal(i) = New Integer(4) {}
Next

VB.NET rovněž dále neposkytuje žádný komfort ve formě získání počtu sloupců a řádků polí polí. Velikost pole musíme získat takto:

Dim sloupcu As Integer = kinosal.Length
Dim radku As Integer = 0
If sloupcu <> 0 Then
    radku = kinosal(0).Length
End If

Všimněte si, že je nutné ptát se na počet sloupců, pokud je totiž 0, nemůžeme se dostat k 1. sloupci, abychom zjistili jeho délku (počet řádků ve sloupci).

K hodnotám v poli poté přistupujeme pomocí 2 indexerů:

kinosal(4)(2) = 1 ' Obsazujeme sedadlo v 5. sloupci a 3. řadě

(Použití jediného indexeru nám vrátí celý sloupeček na daném indexu)

Zkrácená inicializace vícerozměrných polí

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

Dim kinosal(,) As Integer = New Integer(,) {
    { 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).

Podobnou inicializaci můžeme použít dokonce i u polí zubatých (kód níže vytvoří zubaté pole jako na obrázku):

Dim zubatePole()() As Integer = New Integer(4)() {
    New Integer() {15, 2, 8, 5, 3},
    New Integer() {3, 3, 7},
    New Integer() {9, 1, 16, 13},
    New Integer() {},
    New Integer() {5}
}

Na závěr bych rád dodal, že někteří lidé, kteří neumí správně používat objekty, využívají 2D polí k ukládání více údajů o jediné entitě. 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 typu Telefon. Ale o tom až u objektově orientovaného programování. Pole si můžete vyzkoušet ještě v cvičení v této sekci.

V příští lekci, Matematické funkce ve VB.NET a knihovna Math, se podíváme na matematické funkce a základní kurz zakončíme.