4. diel - Viacrozmerné polia v C# .NET

V minulej lekcii, Spojový zoznam v C#, sme sa venovali spojovým zoznamom.

Dnešný diel C# .NET tutoriálu pojednáva o tzv. viacrozmerných poliach.

Jednorozmerné pole

Už vieme pracovať s jednorozmerným poľom, ktoré si môžeme predstaviť ako riadok priehradiek v pamäti počítača.

(Na obrázku je vidieť pole ôsmich čísel)

Dvojrozmerné pole

Hoci to nie je tak časté, v programovaní sa občas stretávame aj s viacrozmernými poľami a to najmä ak programujeme nejakú simuláciu (napr. hru).

Dvojrozmerné pole si môžeme v pamäti predstaviť ako tabuľku a mohli by sme takto reprezentovať napr. rozohranú partiu piškvoriek. Ak by sme sa chceli držať reálnych aplikácií, ktoré budete neskôr v zamestnaní tvoriť, môžeme si predstaviť, že do 2D poľa budeme ukladať informácie o obsadenostiach sedadiel v kinosále. Situáciu by sme si mohli graficky znázorniť napr. takto:

(Na obrázku je vidieť 2D poľa reprezentujúce obsadenosť kinosály)

Kinosála by bola v praxi samozrejme väčšia, ale ako ukážka nám toto pole postačí. 0 znamená voľno, 1 obsadené. Neskôr by sme mohli doplniť aj 2 – rezervované a podobne. Pre tieto stavy by bolo správnejšie vytvoriť si vlastný dátový typ, tzv. výpočtový typ (enum), ale s ním sa stretneme až neskôr, takže si teraz musíme vystačiť iba s číslami.

2D pole deklarujeme v C# .NET nasledujúcim spôsobom:

int[,] cinema = new int [5, 5];

Prvá číslica udáva počet stĺpcov, druhá počet riadkov (samozrejme si to môžeme určiť aj obrátene, napr. matice v matematike sa zapisujú opačne).

Všetky číselné polia v C#.NET sú po deklarácii automaticky inicializované samými nulami, môžeme sa na to spoľahnúť. Vytvorili sme si teda v pamäti tabuľku plnú núl.

Naplnenie dátami

Teraz kinosálu naplníme jednotkami tak, ako je vidieť na obrázku vyššie. Pretože budeme ako správni programátori leniví, využijeme na vytvorenie riadku jedničiek for cykly Pre prístup k prvku 2D poľa musíme samozrejme zadať 2 súradnice:

cinema[2, 2] = 1; // middle point
for (int i = 1; i < 4; i++) // 4th row
{
    cinema[i, 3] = 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) // last row
{
    cinema[i, 4] = 1;
}

Výpis

Výpis poľa opäť vykonáme pomocou cyklu, na 2D pole budeme potrebovať cykly 2 (jeden nám proiteruje stĺpce a druhý riadky). Ako správni programátori nevložíme počet riadkov a stĺpcov do cyklov napevno, pretože sa môže zmeniť. C# .NET poskytuje na 2D poli vlastnosť Length ako tomu bolo pri 1D poli, ale tá vracia celkový počet prvkov v poli, v našom prípade teda 25. Nás bude zaujímať metóda GetLength(), ktorá prijíma ako parameter dimenziu (0 pre stĺpce, 1 pre riadky) a vráti nám počet prvkov v tejto dimenzii. Prvou dimenziou je počet stĺpcov, druhou počet riadkov.

Cykly zanoríme do seba tak, aby nám vonkajší cyklus prechádzal riadkami a vnútornými stĺpcami v aktuálnom riadku. Po výpise riadku je nutné odriadkovať. Oba cykly musia mať samozrejme inú riadiacu premennú:

{CSHARP_CONSOLE}

// declaration
int[,] cinema = new int [5, 5];
// filling with data
cinema[2, 2] = 1; // middle point
for (int i = 1; i < 4; i++) // 4th row
{
    cinema[i, 3] = 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) // last row
{
    cinema[i, 4] = 1;
}

for (int j = 0; j < cinema.GetLength(1); j++)
{
    for (int i = 0; i < cinema.GetLength(0); i++)
    {
        Console.Write(cinema[i, j]);
    }
    Console.WriteLine();
}
{/CSHARP_CONSOLE}

Výsledok:

Konzolová aplikácia
00000
00000
00100
01110
11111

N-rozmerné polia

Niekedy môže byť vhodné vytvoriť si pole o ešte viacerých dimenziách. My všetci si iste dokážeme predstaviť minimálne 3D poľa. S príkladom s kinosálou sa ponúka prípad použitia, keď má budova viac poschodí (alebo všeobecne viac kinosál). Vizualizácia by vyzerala asi nejako takto:

3D pole môžeme vytvoriť tým istým spôsobom, ako 2D pole:

int[, ,] cinemas = new int [4, 4, 3];

Kód vyššie vytvorí 3D pole ako na obrázku. Pristupovať k nemu budeme opäť cez indexer (hranaté zátvorky) ako predtým, len už musíme zadať 3 súradnice:

cinema[3, 2, 1] = 1; // the second-floor cinema, the third row, the fourth seat

Pokiaľ metóde GetLength() zadáme parameter s hodnotou 2, získavame počet "poschodí" (kinosálov).

Pole polí

Mnoho programovacích jazykov vlastne viacrozmerné polia nepodporuje, C# je skôr výnimkou. Môžeme si v nich ale rovnako vytvoriť kolika-rozmerné pole chceme, pretože 2D pole nie je vnútorne nič iné, než pole polí. Situáciu si môžeme predstaviť tak, že si vytvoríme pole o piatich prvkoch (1. riadok) a každá bunka v tomto riadku v sebe bude obsahovať ďalšie pole, reprezentujúce stĺpček.

Takéto 2D pole deklarujeme nasledujúcim spôsobom:

int[][] cinema = new int[5][];

Výhodou takto deklarovaného 2D poľa je fakt, že si do každého riadku/stĺpca môžeme uložiť aké veľké pole chceme. V niektorých prípadoch teda nemusíme "plytvať" pamäťou na celú tabuľku a môžeme pole vytvoriť "zubaté" (anglicky jagged):

Nevýhodou tohto prístupu je, že musíme pole nepríjemne inicializovať sami. Pôvodný riadok s piatimi bunkami síce existuje, ale jednotlivé stĺpčeky si do neho musíme navkladať sami (zatiaľ si vložme všetky stĺpčeky s 5timi prvkami):

for (int i = 0; i < cinema.Length; i++)
{
    cinema[i] = new int[5];
}

C# taktiež ďalej neposkytuje žiadny komfort vo forme získania počtu stĺpcov a riadkov polí polí. Veľkosť poľa musíme získať takto:

int columns = cinema.Length;
int rows = 0;
if (columns != 0)
    rows = cinema[0].Length;

Všimnite si, že je nutné pýtať sa na počet stĺpcov, pokiaľ je totiž 0, nemôžeme sa dostať k 1. stĺpcu, aby sme zistili jeho dĺžku (počet riadkov v stĺpci).

K hodnotám v poli potom pristupujeme pomocou 2 indexerov:

cinema[4][2] = 1; // We occupy the seat in the 5th column and the 3rd row

Použitie jediného indexera nám vráti celý stĺpček na danom indexe.

Skrátená inicializácia viacrozmerných polí

Ešte si ukážeme, že aj viacrozmerné polia je možné rovno inicializovať hodnotami (kód vytvorí rovno zaplnený kinosálu ako na obrázku):

int[,] cinema = new int[,] {
    { 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 zápise otočené, pretože definujeme stĺpce, ktoré tu zapisujeme ako riadky.

Podobnú inicializáciu môžeme použiť dokonca aj pri poliach zubatých (kód nižšie vytvorí zubaté pole ako na obrázku):

int[][] jaggedArray = new int[][] {
    new int[] {15, 2, 8, 5, 3},
    new int[] {3, 3, 7},
    new int[] {9, 1, 16, 13},
    new int[] {},
    new int[] {5}
};

Na záver by som rád dodal, že niektorí ľudia, ktorí nevedia správne používať objekty, využívajú 2D polí na ukladanie viacerých údajov o jedinej entite. Napr. budeme chcieť uložiť výšku, šírku a dĺžku piatich mobilných telefónov. Hoci sa vám teraz môže zdať, že sa jedná o úlohu na 3D pole, v skutočnosti sa jedná o úlohu na obyčajné 1D pole (presnejšie zoznam) objektov typu Telephone. Pole si určite ešte vyskúšajte ešte v cvičení v tomto kurze.

V nasledujúcom kvíze, Kvíz - Genericita, List, N-rozmerné pole v C# .NET Kolekcia, si vyskúšame nadobudnuté skúsenosti z predchádzajúcich lekcií.

Mal si s čímkoľvek problém? Stiahni si vzorovú aplikáciu nižšie a porovnaj ju so svojím projektom, chybu tak ľahko nájdeš.