المبادئ الأساسية للمصفوفات في ++C

في حياتنا اليومية كثيرا ما نحتاج إلي تجميع وحدات متجانسة في مجموعات , فنحن نشتري البيض في كرتونات , والفاصوليا في معلبات . وكذلك في لغة البرمجة محتاج إلي مثل هذا التجميع للبيانات المتجانسة . والألية التي تمكننا من ذلك تعرف بإسم " المصفوفة array" . ويمكن أن تضم المضفوفة عددا قليلا أو ألافا من العناصر كما يمكن أن تكون العناصر المجمعة في المصفوفة من الأنواع الأولية مثل int, float أو من هياكل البيانات المتقدمة ؛ مثل الهياكل والكائنات .

وتشبه المصفوفات الهيكل في أنها تجمع عددا كبيرا من البيانات في وحدة واحدة , ولكنها تختلف عنه في كونها لا تضم إلا بيانات متجانسة . والأهم من ذلك أن العناصر الهيكل يتم التعامل معها بالأسم , ولكنها في المصفوفة عن طريق دليل يعبر عن الترتيب داخل المصفوفة . ويمكن هذا الأسلوب من الوصول إلي عدد كبير من العناصر بطريقة أيسر .

والمصفوفات موجودة في كل اللغات البرمجية تقريبا , وهي في السي ++ تشابه اللغات الأخري , ومتماثلة مع السي التقليدية .

وسوف نشرح في هذا الفصل مصفوفات العناصر الأولية أولا , ثم نعرض للمصفوفات كعناصر بيانات للفئات , والمصفوفات التي تجمع الكائنات . وعلي ذلك فالهدف من هذا المقال لا يقتصر علي توضيح المبادئ المتعلقة بالمصفوفات , بل يتضمن توسيع الفهم للبرمجة الكائنية أيضا . وننهي المقال بالعبارات النصية , وهي مصفوفات عناصرها المحارف , أي من نوع char .

المبادئ الأساسية للمصفوفات

سوف يوضح لنا بسيط مبادئ المصفوفات , وهو برنامج لتجميع أعمار أربعة من الأفراد . وهو يسأل المستخدم عن هذه الأعمار , ثم يظهرها علي الشاشة .

replay.cpp

// replay.cpp

// gets four ages from user, displays them

#include <iostream.h>

#include <conio.h>

void main()

   {

   int age[4];                     // array 'age' of 4 ints

   cout << endl;

   for(int j=0; j<4; j++)          // get 4 ages

      {

      cout << "Enter an age: ";

      cin >> age[j];               // access array element

      }

   for(j=0; j<4; j++)              // display 4 ages

      cout << "\nYou entered " << age[j];

   getche();

   }

وتقوم الدوارة الأولي بإدخال الأعمار في المصفوفة , وتقوم الدوار الثانية بقراءتها من المصفوفة وإظهارها علي الشاشة .

تعريف المصفوفة

يجب تعريف المصفوفة قبل التعامل معها ,أسوة بكل المتغيرات الأخري . وكأي تعريف يجب أن يتضمن اسم المصفوفة ونوع البيانات التي يتضمنها . ولكن يلزم هنا تحديد خاصية أخري , وهي حجم المصفوفة , وهو رقم يعبر عن أقصي عدد ممكن أن تضمه المصفوفة , ويوضع بين قوسين مربعين بعد الإسم مباشرة . ويبين الشكل صيغة التعريف بالمصفوفة .

شكل تعريف المصفوفات

والمصفوفة في المثال تسمي age , وهو من نوع الأعداد الصحيحة int , وحجمها 4 .

عناصر المصفوفة

تسمي البيانات المخزنة في المصفوفة "عناصر elements " علي عكس عناصر الهيكل , والتي تسمي members , ] ولن نفرق في الترجمة بين المصطلحين , حيث لا أثر لهذه التفرقة [ ويبين الشكل وضع عناصر المصفوفة في الذاكرة .

والعرف المتبع في تخزين عناصر المصفوفة هو أن تختزن من أعلي إلي أسفل ( عدا في بعض الحالات ) . ويحتل كل عنصر في المصفوفة المبينة 2 بايت , بما أن العناصر من نوع الأعداد الصحيحة .

ويجب ملاحظة أن العنصر الأول يأخذ رقم 0 في الترتيب . ولذا فإن العنصر الأخير يأخذ رقم 3 وهو أمر يجدر الانتباه إليه , حيث يتبادر للذهن أن العنصر الرابع (الأخير ) في المصفوفة ذات الحجم 4 هو رقم 4 , وهو أمر يسبب الخطأ كثيرا .

شكل عناصر المصفوفة في الذاكرة

التعامل مع عناصر المصفوفة

قمنا في المثال بالوصول لعناصر المصفوفة مرتين , مرة للكتابة فيها , أي تخزين للقيم , وذلك بالأمر :

Cin >> age[j];

ومرة للقراءة منها , أي إخراج القيم , وذلك بالأمر :

Cout << ''\n You entered'' << age[j];

وفي الحالتين أشير للعنصر العام في المصفوفة بالقيمة age[j] . ويأخذ الرمز j قيما من 0 إلي 3 , ليشير إلي عناصر المصفوفة الفعلية عنصرا بعد الأخر , ويسمي الرقم بين القوسين "دليل index " المصفوفة .

متوسط عناصر المصفوفة

إليك مثالا أخر , وهو يطلب إدخال كمية المبيعات في أيام العمل الستة , ثم يحسب القيمة المتوسطة لها :

sales.cpp

// sales.cpp

// averages a weeks's widget sales (6 days)

#include <iostream.h>

#include <conio.h>

const int SIZE = 6;            // number of array elements

void main()

   {

   float sales[SIZE];          // array of 6 variables

   cout << "\nEnter widget sales for 6 days\n";

   for(int j=0; j<SIZE; j++)   // put figures in array

      cin >> sales[j];

   float total = 0;

   for(j=0; j<SIZE; j++)       // read figures from array

      total += sales[j];       // to find total

   float average = total / SIZE;  // find average

   cout << "Average = " << average;

   getche();

   }

والتجديد الذي تم في هذا البرنامج هو استخدام ثابت يرمز لحجم المصفوفة , ثم تحديد قيمته بالعدد المطلوب , وذلك بالصورة :

Cons int SIZE = 6;

ثم تعريف المصفوفة عن طريق الرمز لا العدد , بالأمر :

Float sales[size];

ويتم التعامل في كافة أوامر البرنامج المتعلقة بحجم المصفوفة بهذا الرمز . (مثلا :

(j<size .

والفائدة من ذلك هو تيسير التغيير في حجم المصفوفة مستقبلا , فمجرد تغيير العدد المخصص للمقدار الثابت (6) إلي عدد أخر (10مثلا) , يتغير حجم المصفوفة , ويسري التغير كل أوامر البرنامج دفعة واحدة , ودون الحاجة إلي التغيير الفعلي لها جميعا . والعرف الساري بالنسبة للقيم الثابتة هي كتابتها بالأحرف الكبيرة تمييزا لها عن المتغيرات .

استهلاك المصفوفات

البرنامج التالي يحسب عدد الأيام من بداية العام الي تاريخ معين فيها , فينشئ مصفوفة من 12 عنصرا , تعبر عن أشهر السنة . ويتطلب الأمر أن تملأ عناصر المصفوفة بأيام الأشهر عند بداية التعامل معها . وإليك البرنامج ( البرنامج مصمم للسنة البسيطة ) :

days.cpp

// days.cpp

// shows days from start of year to date specified

#include <iostream.h>

#include <conio.h>

void main()

   {

   int month, day, total_days;

   int days_per_month[12] = { 31, 28, 31, 30, 31, 30,

                  31, 31, 30, 31, 30, 31 };

   cout << "\nEnter month (1 to 12): ";  // get date

   cin >> month;

   cout << "Enter day (1 to 31): ";

   cin >> day;

   total_days = day;                     // separate days

   for(int j=0; j<month-1; j++)          // add days each month

      total_days += days_per_month[j];

   cout << "Total days from start of year is: " << total_days;

   getche();

   }

وإليك مثالا للحوار :

Enter month ( 1 to 12 ): 3

Enter day ( 1 to 31): 11

Total days from start of year is: 70

وقد تم تعريف المصفوفة مع استهلاك عناصرها علي الصورة التالية :

Int days_per_month[12] = { 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 30, 31, 30, 31, 30, 31 };

ويبين الشكل طريقة استهلال المصفوفات

شكل استهلال المصفوفات

ما الذي يحدث لو أنك عرفت قيما استهلالية لا تتفق مع حجم المصفوفة ؟ إذا كان القيم الاستهلالية أقل , أخذت العناصر الباقية قيمة 0 , أما إذا كانت أكثر , ظهرت رسالة تحذيرية .