Що таке масив у програмуванні: основи та застосування

Ви коли-небудь замислювалися про те, як саме комп’ютерні програми обробляють величезні обсяги даних? Одним із ключових інструментів, який використовується програмістами для роботи з даними, є масив у програмуванні. Він являє собою впорядковану колекцію елементів, які можуть бути використані для зберігання різних типів даних і виконання різноманітних операцій з ними. У цій статті ми розглянемо, що таке масив у програмуванні, як їх створювати та використовувати, а також обговоримо їхні переваги та недоліки. Почнемо!

Що це таке

Використання масивів у програмуванні – це потужний інструмент для зберігання, управління та обробки великої кількості даних. Вони можуть бути ефективними та корисними в багатьох сферах, від бізнесу до медицини та науки;

Уявіть, що ви працюєте з базою даних, яка містить інформацію про клієнтів вашої компанії. Кожен клієнт представлений своїм ім’ям, прізвищем, номером телефону, адресою тощо. У такому разі можна використовувати масиви для зберігання та управління цими даними, наприклад, один – може містити імена всіх клієнтів, а інший – їхні номери телефонів.

У реальному житті масиви використовують у різних сферах. Наприклад, у галузі медицини їх застосовують для зберігання результатів тестування пацієнтів, а в банківському секторі – для зберігання фінансової інформації. Загалом, вони є важливим інструментом для роботи з даними в багатьох галузях.

Визначення 

Масив– це змінна, яка містить кілька частинок одного типу. Для роботи з ним потрібно заздалегідь визначити тип частинки та доступ до кожної з них. Елементи масиву об’єднуються під одним загальним ім’ям, і для звернення до конкретного елемента потрібно вказати його індекс..

Вони бувають двох видів: одновимірні та двовимірні. Одновимірний – також називається лінійним і являє собою таблицю з одним рядком без комірок. Розмір масиву визначається кількістю його частинок. Двовимірний масив має два індекси, перший з яких позначає рядок, а другий – стовпчик або клітинку.

Доступ до частинок відбувається через індексацію, тобто зазначення номера елемента, який необхідно отримати або змінити. Наприклад, щоб отримати перший елемент у масиві, потрібно використовувати індекс 0, а для отримання третього – індекс 2.

Масиви широко використовуються в різних мовах програмування, таких як Java, C++, Python та інші, і являють собою важливий інструмент для роботи з великими обсягами інформації.

Створення масивів

Створення масивів – це важлива частина програмування, оскільки вони являють собою зручний інструмент для зберігання великих обсягів матеріалів. Існує два основних типи – статичні та динамічні:

• Статичний – має фіксований розмір і створюється до виконання програми. Щоб його створити в мові програмування, вам потрібно вказати його тип і розмір, а потім задати значення для кожного елемента в масиві. Наприклад, у C++ створення статичного масиву може виглядати так:

int myArray[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

У цьому прикладі ми створюємо масив типу int з розміром 5 елементів та ініціалізуємо його значеннями від 1 до 5.

• Динамічний масив, з іншого боку, створюється під час виконання програми і може змінювати свій розмір залежно від потреб. Щоб його створити, потрібно виділити пам’ять для його елементів за допомогою оператора new у мові програмування. Наприклад, у C++ створення динамічного масиву може виглядати так:

int* myArray = new int[5];

У цьому випадку ми створюємо масив типу int з розміром 5 елементів, виділяючи пам’ять для них під час виконання програми.

Створення масивів можливе в багатьох мовах програмування, і кожна з них може мати свої синтаксичні особливості. Однак, незважаючи на відмінності в синтаксисі, основні принципи створення масивів залишаються однаковими. Важливо розуміти, який тип краще використовувати для конкретного завдання, щоб оптимізувати продуктивність програми та керувати пам’яттю ефективно.

У мові програмування Python масив створюється за допомогою квадратних дужок:

my_list = [1, 2, 3, 4, 5] # создание статического массива в Python

Python також має вбудовану функцію “append”, яка дає змогу додавати елементи до списку, створюючи динамічний масив:

my_list.append(6) # добавление элемента в список

У мові програмування Java масив створюється за допомогою ключового слова “new” і зазначення розміру в квадратних дужках:

int[] myArray = new int[5]; // создание массива из 5 элементов типа int в Java

Java також має вбудований клас “ArrayList”, який являє собою динамічний масив:

ArrayList<Integer> myArray = new ArrayList<Integer>(); // создание динамического массива в Java

myArray.add(1); // добавление элемента в список

Таким чином, створення масиву в різних мовах програмування може відрізнятися, але зазвичай це робиться за допомогою вказівки його розміру та ключового слова;

Робота з масивами

Кожен елемент у масиві має свій порядковий номер, який називається індекс. Нумерація починається з 0. Так, перший елемент має індекс 0, другий – 1, і так далі.

Щоб отримати доступ до частки масиву, потрібно знати її індекс, а для читання її значення використовується ім’я масиву та його індекс. Наприклад, щоб отримати значення третього елемента масиву “numbers”, потрібно написати “numbers[2]”. А щоб змінити значення цього елемента на 5, потрібно написати “numbers[2] = 5;”.Щоб отримати доступ до частки масиву, потрібно знати її індекс, а для читання її значення використовується ім’я масиву та його індекс. Наприклад, щоб отримати значення третього елемента масиву “numbers”, потрібно написати “numbers[2]”. А щоб змінити значення цього елемента на 5, потрібно написати “numbers[2] = 5;”.

У масиві можна зберігати інформацію будь-якого типу, включно з числами, рядками та об’єктами. З ними також можна виконувати такі операції, як сортування елементів, пошук мінімального або максимального значення, пошук конкретного елемента.

Багатовимірні масиви

Це такі масиви, які містять інші масиви. Вони бувають двовимірні, тривимірні тощо, залежно від кількості вимірів.

Багатовимірні– використовуються для представлення матриць та інших складних структур даних, що мають більше одного виміру. Наприклад, двовимірний масив можна використовувати для зберігання пікселів зображення.

Багатовимірні масиви допомагають ефективно зберігати й обробляти великі обсяги інформації в програмі, що може бути важливим для розв’язання завдань у різних галузях, як-от наукові дослідження, комп’ютерний зір, оброблення зображень і звуку та багато інших.

Уявімо, що у вас є список студентів, і для кожного студента потрібно зберігати їхні оцінки з різних предметів. Ви можете використовувати багатовимірний масив, щоб зберігати цю інформацію. Наприклад, якщо у вас є 3 студенти і 4 предмети, ви можете створити масив 3×4, де кожен рядок відповідає одному студенту, а кожен стовпець відповідає одному предмету.

Наприклад, якщо студенти називаються Андрій, Боб і Христина, а предмети – математика, англійська, історія та фізика, то ваш багатовимірний масив може мати такий вигляд:

[

 [90, 85, 70, 92], # оценки Андрея

 [80, 92, 75, 88], # оценки Боба

 [95, 90, 85, 90]  # оценки Кристины

]

Такий масив дасть вам змогу швидко отримувати оцінки студентів з певного предмета або середній бал з усіх предметів. Крім того, ви можете легко додавати і видаляти студентів або предмети, просто змінюючи розмір масиву.

Переваги та недоліки масивів

Масиви є корисними для зберігання великої кількості відомостей, таких як набори даних або зображення. Однак вони можуть бути й неефективними. Розглянемо приклади:

Отже, масиви – це зручний спосіб зберігання та управління великою кількістю відомостей, тому що вони дають змогу швидко отримувати доступ до елементів і виконувати операції над ними. Але вони можуть бути неефективними при вставці або видаленні елементів у середині масиву, оскільки це може призвести до переміщення багатьох даних у пам’яті. Також необхідно знати заздалегідь кількість елементів, щоб визначити розмір масиву. Але вони також зручні для швидкого сортування даних і прості у використанні, що робить їх популярним вибором для багатьох завдань програмування.

Підсумок

На закінчення можна сказати, що масиви є однією з найбільш корисних і широко використовуваних структур даних у програмуванні. Вони дають змогу зберігати велику кількість інформації та швидко обробляти їх, але при цьому можуть мати обмеження на виконання деяких операцій. Проте при правильному використанні масиви можуть значно спростити програмування і прискорити роботу програм.