6.2.4. Параметры в виде массива

Массивы обладают двумя особенностями, влияющими на определение и использование функций, работающих с массивами: массив нельзя скопировать (см. раздел 3.5.1), имя массива при использовании автоматически преобразуется в указатель на его первый элемент (см. раздел 3.5.3). Поскольку копировать массив нельзя, его нельзя передать функции по значению. Так как имя массива автоматически преобразуется в указатель, при передаче массива функции фактически передается указатель на его первый элемент.

Хотя передать массив по значению нельзя, вполне можно написать параметр, который выглядит как массив:

// несмотря на внешний вид,

// эти три объявления функции print эквивалентны

// у каждой функции есть один параметр типа const int*

void print(const int*);

void print(const int[]);   // демонстрация намерения получить массив

void print(const int[10]); // размерность только для документирования

Независимо от внешнего вида, эти объявления эквивалентны: в каждом объявлена функция с одним параметром типа const int*. Когда компилятор проверяет вызов функции print(), он выясняет только то, что типом аргумента является const int*:

int i = 0, j[2] = {0, 1};

print(&i); // ok: &i - int*

print(j);  // ok: j преобразуется в int*, указывающий на j[0]

Если передать массив функции print(), то этот аргумент автоматически преобразуется в указатель на первый элемент в массиве; размер массива не имеет значения.

Подобно любому коду, который использует массивы, функции, получающие в качестве параметров массив, должны гарантировать невыход за пределы его границ.

Поскольку массивы передаются как указатели, их размер функции обычно неизвестен. Они должны полагаться на дополнительную информацию, предоставляемую вызывающей стороной. Для управления параметрами указателя обычно используются три подхода.

Использование маркера для определения продолжения массива

Первый подход к управлению аргументами в виде массива требует, чтобы массив сам содержал маркер конца. Примером этого подхода являются символьные строки в стиле С (см. раздел 3.5.4). Строки в стиле С хранятся в символьных массивах, последний символ которых является нулевым. Функции, работающие со строками в стиле С, прекращают обработку массива, когда встречают нулевой символ:

void print(const char *cp) {

 if (cp)      // если cp не нулевой указатель

  while (*cp) // пока указываемый символ не является нулевым

   cout << *cp++; // вывести символ и перевести указатель

}

Это соглашение хорошо работает с данными, где есть очевидное значение конечного маркера (такое, как нулевой символ), который не встречается в обычных данных. Это работает значительно хуже с такими данными, как целые числа, где каждое значение в диапазоне вполне допустимо.

Использование соглашения стандартной библиотеки

Второй подход обычно используется для управления аргументами в виде массива при передаче указателей на первый и следующий после последнего элемент массива. Подобный подход используется в стандартной библиотеке. Подробно этот стиль программирования обсуждается в части II. Используя этот подход, элементы массива можно отобразить следующим образом:

void print(const int *beg, const int *end) {

 // вывести все элементы, начиная с beg и до, но не включая, end

 while (beg != end)

  cout << *beg++ << endl; // вывести текущий элемент

                          // и перевести указатель

}

Для вывода текущего элемента и перевода указателя beg на следующий элемент массива цикл while использует операторы обращения к значению и постфиксного инкремента (см. раздел 4.5). Цикл останавливается, когда beg становится равен end.

При вызове этой функции передаются два указателя: один на первый подлежащий отображению элемент и один на элемент после последнего:

int j[2] = {0, 1};

// j преобразуется в указатель на первый элемент массива j

// второй аргумент - указатель на следующий элемент после конца j

print(begin(j), end(j)); // функции begin и end см. p. 3.5.3

Эта функция безопасна, пока вызывающая сторона правильно вычисляет указатели. Здесь эти указатели предоставляют библиотечные функции begin() и end() (см. раздел 3.5.3).

Явная передача параметра размера

Третий подход распространен в программах С и устаревших программах С++. Он подразумевает определение второго параметра, указывающего размер массива. Используя этот подход, перепишем функцию print() следующим образом:

// const int ia[] - эквивалент const int* ia

// размер передается явно и используется для контроля доступа

// к элементам ia

void print(const int ia[], size_t size) {

 for (size_t i = 0; i != size; ++i) {

  cout << ia[i] << endl;

 }

}

Эта версия использует параметр size для определения количества выводимых элементов. Когда происходит вызов функции print(), ей следует передать этот дополнительный параметр:

int j[] = { 0, 1 }; // массив типа int размером 2

print(j, end(j) - begin(j));

Функция безопасна, пока переданный размер не превосходит реальную величину массива.

Параметры массива и константность

Обратите внимание, что все три версии функции print() определяли свои параметры массива как указатели на константу. В разделе 6.2.3 было упомянуто о схожести указателей и ссылок. Когда функция не нуждается в записи элементов массива, параметр массива должен быть указателем на константу (см. раздел 2.4.2). Параметр должен быть простым указателем на неконстантный тип, только если функция должна изменять значения элементов.

Ссылочный параметр массива

Подобно тому, как можно определить переменную, являющуюся ссылкой на массив (см. раздел 3.5.1), можно определить параметр, являющийся ссылкой на массив. Как обычно, ссылочный параметр привязан к соответствующему аргументу, которым в данном случае является массив:

// ok: параметр является ссылкой на массив; размерность - часть типа

void print(int (&arr)[10]) {

 for (auto elem : arr)

  cout << elem << endl;

}

Круглые скобки вокруг части &arr необходимы (см. раздел 3.5.1):

f(int &arr[10])   // ошибка: объявляет arr как массив ссылок

f(int (&arr)[10]) // ok: arr - ссылка на массив из десяти целых чисел

Поскольку размер массива является частью его типа, на размерность в теле функции вполне можно положиться. Однако тот факт, что размер является частью типа, ограничивает полноценность этой версии функции print(). Эту функцию можно вызвать только для массива из десяти целых чисел:

int i = 0, j[2] = {0, 1};

int k[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

print(&i); // ошибка: аргумент не массив из десяти целых чисел

print(j);  // ошибка: аргумент не массив из десяти целых чисел

print(k);  // ok: аргумент массив из десяти целых чисел

В разделе 16.1.1 будет показано, как можно написать эту функцию способом, позволяющим передавать ссылочный параметр массива любого размера.

Передача многомерного массива

Напомним, что в языке С++ нет многомерных массивов (см. раздел 3.6). Вместо многомерных массивов есть массив массивов.

Подобно любому массиву, многомерный массив передается как указатель на его первый элемент (см. раздел 3.6). Поскольку речь идет о массиве массивов, элемент которого сам является массивом, указатель является указателем на массив. Размер второй размерности (и любой последующий) является частью типа элемента и должен быть определен:

// matrix указывает на первый элемент массива, элементы которого

// являются массивами из десяти целых чисел

void print(int (*matrix)[10], int rowSize) { /* ... */ }

Объявляет matrix указателем на массив из десяти целых чисел.

Круглые скобки вокруг *matrix снова необходимы:

int *matrix[10];   // массив из десяти указателей

int (*matrix)[10]; // указатель на массив из десяти целых чисел

Функцию можно также определить с использованием синтаксиса массива. Как обычно, компилятор игнорирует первую размерность, таким образом, лучше не включать ее:

// эквивалентное определение

void print (int matrix[][10], int rowSize) { /* ... */ }

Здесь объявление matrix выглядит как двумерный массив. Фактически параметр является указателем на массив из десяти целых чисел.

Упражнения раздела 6.2.4

Упражнение 6.21. Напишите функцию, получающую значение типа int и указатель на тип int, а возвращающую значение типа int, если оно больше, или значение, на которое указывает указатель, если больше оно. Какой тип следует использовать для указателя?

Упражнение 6.22. Напишите функцию, меняющую местами два указателя на тип int.

Упражнение 6.23. Напишите собственные версии каждой из функций print(), представленных в этом разделе. Вызовите каждую из этих функций для вывода i и j, определенных следующим образом:

int i = 0, j[2] = {0, 1};

Упражнение 6.24. Объясните поведение следующей функции. Если в коде есть проблемы, объясните, где они и как их исправить.

void print(const int ia[10]) {

 for (size_t i = 0; i != 10; ++i)

  cout << ia[i] << endl;

}