Программирование на C++

Цель занятия: научиться вручную выделять и освобождать память, изменять размер динамического массива и строить двумерные динамические массивы.

Необходимые темы и конструкции C++:

• операторы new, delete, new[], delete[]
• утечки, висячие указатели, двойное освобождение и выход за границы
• динамические одномерные массивы и изменение их размера
• динамические матрицы типа int**
• передача динамических массивов и матриц в функции

Структура проекта

Разместите решение в следующих файлах:

• main.cpp
• dynamic_arrays.h
• dynamic_arrays.cpp

Общие требования

• Соблюдайте указанные сигнатуры функций: ввод и вывод организуйте в main.
• Проверьте каждую функцию не менее чем на трёх наборах данных, включая граничный случай.
• Не используйте средства, которые не перечислены в разделе необходимых тем, если условие прямо их не разрешает.

Основные задания

1. Жизненный цикл динамического массива

   Реализовать создание массива заданного размера, заполнение арифметической прогрессией, вычисление суммы и освобождение памяти при помощи оператора delete[].

   Требуемая сигнатура:

   int* create_progression(int size, int first, int difference);
   long long sum(const int* data, int size);

   Требования:

   • Для неположительного размера функция создания возвращает nullptr.
   • После освобождения указатель должен стать равным nullptr.

   Входные данные / вызов	Результат
   create_progression(5, 2, 3)	[2,5,8,11,14]

2. Изменение размера

   Изменить размер существующего динамического массива, сохранив общую часть старого и нового диапазонов. Новые элементы при увеличении заполнить заданным значением.

   Требуемая сигнатура:

   void resize(int*& data, int size, int new_size, int fill_value = 0);

   Требования:

   • При успешной операции обновите указатель и размер и освободите старый блок.
   • При new_size == 0 освободите массив.

   Входные данные / вызов	Результат
   [4,7,9], new_size=5, fill=-1	[4,7,9,-1,-1]

3. Дан массив целых чисел. Написать функцию
   int only_evens(int* array, size_t size)
   которая оставляет в массиве только чётные элементы и возвращает их количество. При этом оставшиеся элементы должны быть смещены к началу 

4. Дан массив целых чисел A, создать массив, в котором после каждого элемента, последняя цифра которого равна трём, вставлено число 0.

5. Динамическая матрица

   Двумерные прямоугольные массивы («матрицы») удобно моделировать с помощью массивов указателей:

   int ** mat = new int *[rows]; // будущая матрица из rows строк

   Каждый элемент mat[i] данного массива — это указатель, его следует инициализировать в цикле, присвоив ему результат new int [cols], где cols — желаемое количество столбцов матрицы.

   Обращение к (i, j)-му элементу матрицы выглядит так: mat[i][j]. Для обхода матрицы, также, как в случае обычного массива, можно использовать указатели.

   Освобождать память из под матрицы необходимо в обратном порядке: сначала в цикле освобождается память для каждой строки: delete [] mat[i]. А затем освобождается память самого массива указателей mat: delete [] mat. Эту процедуру следует оформить в виде функции с одним аргументом — rows (количество строк) — см. задачу 3 ниже.

   1. Определите функцию создания матрицы заданных размеров, все элементы которой равны заданному числу:

      int ** createMatrix(int rows, int cols, int value = 0);

      Значение по умолчанию 0 для параметра value должно быть указано только в заголовочном файле; в cpp-файле заголовок содержит три параметра в обычном виде. Значение по умолчанию говорит о том, что функцию можно вызвать с двумя аргументами, тогда значением параметра value будет число 0.

   2. Определите функцию заполнения матрицы заданных размеров случайными числами с заданными пределами для значений элементов:

      void fillRandomMatrix(int ** mat, int rows, int cols, int minValue = -10, int maxValue = 10);

   3. Создайте функцию печати матрицы:

      void printMatrix(int ** mat, int rows, int cols);

   4. Создайте функцию освобождения памяти, занятой матрицей:

      purgeMatrix(int ** mat, int rows);

   Убедитесь, что в основной программе вы не забыли освободить память от использовавшихся матриц.

Домашнее задание

1. Транспонирование

   Создать новую динамическую матрицу, равную транспонированной исходной. Исходную матрицу не изменять.

   Требуемая сигнатура:

   int** transpose(int** matrix, int rows, int columns);

   Требования:

   • Размер результата — columns × rows.
   • Вызывающий код отвечает за освобождение обеих матриц.

   Входные данные / вызов	Результат
   [[1,2,3],[4,5,6]]	[[1,4],[2,5],[3,6]]

2. Удаление строки и столбца

   Создать новую матрицу без указанной строки и указанного столбца, затем освободить старую матрицу и заменить её указатель.

   Требуемая сигнатура:

   void erase_row_column(int**& matrix, int& rows, int& columns, int row, int column);

   Требования:

   • Сначала проверьте индексы.
   • Не допускайте утечки при замене матрицы.

3. Верхнетреугольная ступенчатая матрица

   Создать ступенчатый массив для хранения верхнего треугольника квадратной матрицы: строка i содержит элементы столбцов от i до n-1. Реализовать вычисление суммы и освобождение.

   Требуемая сигнатура:

   int** create_upper_triangle(int size);
   long long sum_upper_triangle(int** matrix, int size);
   void destroy_upper_triangle(int**& matrix, int size);

   Требования:

   • Общее число хранимых элементов равно \(n(n+1)/2\).