Массив переменной длины

В программировании массив переменной длины (англ. variable-length array, VLA, variable-sized array, runtime-sized array) представляет собой массив, длина которого определяется во время выполнения (а не во время компиляции)^[1]. В C массив переменной длины имеет управляемый переменной тип (англ. variably modified type), который зависит от какого-либо значения (см. Зависимый тип).

Основная цель массивов переменной длины — это упростить программирование численных алгоритмов.

Языки программирования, поддерживающие массивы переменной длины: Ada, Algol 68 (без возможности менять длину строк в двумерных массивах и т. д.), APL, C99 (хотя впоследствии массив переменной длины стал в C11 необязательной возможностью, поддержка которой не требуется^[2][3]; на некоторых платформах это могло быть реализовано ранее с помощью функции alloca() или аналогичных ей) и C# (массивы, выделенные на стеке — эта возможность доступна только в небезопасном режиме), COBOL, Fortran 90, J и Object Pascal (язык, используемый в средах Borland Delphi и Lazarus, компилирующийся с помощью Free Pascal Compiler).

Память

Выделение памяти

• GNU C Compiler выделяет память для массива переменной длины с автоматическим сроком хранения (англ. automatic storage duration) на стеке^[en][4]. Это более быстрый и простой вариант по сравнению с выделением в куче, и он используется большинством компиляторов.
• Массивы переменной длины также могут быть выделены в куче, внутри реализации используется указатель на этот блок.

Реализация

C99

Следующая функция на C99 выделяет массив переменной длины заданного размера, заполняет его значениями с плавающей запятой, а затем передаёт его другой функции для обработки. Поскольку массив объявлен как автоматическая переменная, его время жизни заканчивается, когда возвращается read_and_process().

float read_and_process(int n)
{
    float vals[n];

    for (int i = 0; i < n; ++i)
        vals[i] = read_val();

    return process(n, vals);
}

В C99 параметр длины должен предшествовать параметру массива переменной длины при вызовах функций^[1]. В C11 определяется макрос __STDC_NO_VLA__, если массивы переменной длины не поддерживаются^[5]. GCC имел массивы переменной длины в качестве расширения до C99, которое также распространяется на его диалект C++.

Линус Торвальдс в прошлом выражал своё недовольство использованием массивов переменной длины малых размеров, поскольку это порождает ассемблерный код более низкого качества^[6]. Ядро Linux 4.20 фактически не содержит массивов переменной длины^[7].

Хотя C11 явно не указывает ограничение по размеру для массивов переменной длины, некоторые интерпретации полагают, что они должны иметь тот же максимальный размер, что и все другие объекты, т.е. SIZE_MAX байт^[8]. Однако такую интерпретацию следует понимать в более широком контексте ограничений среды и платформы, таких как типичный размер страницы с защитой стека 4 КиБ, что на много порядков меньше, чем SIZE_MAX.

Можно воспользоваться синтаксисом, подобным массиву переменной длины, с динамическим хранением с помощью указателя на массив.

float read_and_process(int n)
{
    float (*vals)[n] = malloc(sizeof(float[n]));

    for (int i = 0; i < n; ++i)
        (*vals)[i] = read_val();

    float ret = process(n, *vals);

    free(vals);

    return ret;
}

Ada

Ниже приведён тот же пример на языке Ada. Массивы содержат свою длину вместе с данными, поэтому нет необходимости передавать их длину функции Process.

type Vals_Type is array (Positive range <>) of Float;

function Read_And_Process (N : Integer) return Float is
   Vals : Vals_Type (1 .. N);
begin
   for I in 1 .. N loop
      Vals (I) := Read_Val;
   end loop;
   return Process (Vals);
end Read_And_Process;

Fortran 90

Эквивалентная функция на языке Fortran 90.

function read_and_process(n) result(o)
    integer,intent(in)::n
    real::o

    real,dimension(n)::vals
    integer::i

    do i = 1,n
       vals(i) = read_val()
    end do
    o = process(vals)
end function read_and_process

Используется возможность Fortran 90 для проверки интерфейсов процедур во время компиляции; с другой стороны, если функции используют интерфейс вызова, который был до Fortran 90, сначала должны быть объявлены (внешние) функции, а длина массива должна быть явно передана в качестве аргумента (как в C):

function read_and_process(n) result(o)
    integer,intent(in)::n
    real::o

    real,dimension(n)::vals
    real::read_val, process
    integer::i

    do i = 1,n
       vals(i) = read_val()
    end do
    o = process(vals,n)
end function read_and_process

Cobol

Следующий фрагмент на языке COBOL объявляет массив записей переменной длины DEPT-PERSON, имеющий длину (количество элементов), заданную значением PEOPLE-CNT:

DATA DIVISION.
WORKING-STORAGE SECTION.
01  DEPT-PEOPLE.
    05  PEOPLE-CNT          PIC S9(4) BINARY.
    05  DEPT-PERSON         OCCURS 0 TO 20 TIMES DEPENDING ON PEOPLE-CNT.
        10  PERSON-NAME     PIC X(20).
        10  PERSON-WAGE     PIC S9(7)V99 PACKED-DECIMAL.

Массивы переменной длины в языке COBOL, в отличие от других языков, упомянутых здесь, безопасен, потому что COBOL требует указания максимального размера массива — в этом примере DEPT-PERSON не может содержать более 20 элементов, независимо от значения PEOPLE-CNT.

C#

Следующий фрагмент на языке C# объявляет массив целых чисел переменной длины. До версии C# 7.2 требовался указатель на массив в «небезопасном» контексте. Ключевое слово unsafe требует, чтобы сборка, содержащая этот код, была помечена как небезопасная.

unsafe void DeclareStackBasedArrayUnsafe(int size)
{
    int *pArray = stackalloc int[size];
    pArray[0] = 123;
}

C# версии 7.2 и более поздних версий позволяет выделять массив без ключевого слова unsafe с помощью функции Span^[9].

void DeclareStackBasedArraySafe(int size)
{
    Span<int> stackArray = stackalloc int[size];
    stackArray[0] = 123;
}

Object Pascal

В этом языке массив переменной длины называется динамическим массивом. Объявление такой переменной аналогично объявлению статического массива, но без указания его размера. Размер массива задаётся во время его использования.

program CreateDynamicArrayOfNumbers(Size: Integer);
var
  NumberArray: array of LongWord;
begin
  SetLength(NumberArray, Size);
  NumberArray[0] := 2020;
end.

Удаление содержимого динамического массива выполняется путём присвоения ему нулевого размера.

...
SetLength(NumberArray, 0);
...

Ссылки

Эта страница в последний раз была отредактирована 17 сентября 2023 в 21:50.