المصفوفات و vector في C++‎

في C تعلمت المصفوفات التقليدية: ثابتة الحجم، ولا تعرف حجمها، ولا تحميك من تجاوز حدودها. C++‎ تحتفظ بها، لكنها تقدم بديلاً أذكى بكثير يستخدمه المبرمجون في الأغلبية العظمى من الحالات: vector. في هذا الدرس ستتعرف على الاثنين، ومعهما أدوات جاهزة للترتيب والبحث والجمع.

المصفوفة التقليدية

int scores[4] = {85, 92, 78, 64};
cout << scores[0] << endl;
cout << size(scores) << endl;

الناتج

85
4

نفس المصفوفة التي عرفتها في C: الترقيم من صفر، والحجم ثابت. و size() (من C++17) تعطيك عدد العناصر بسهولة بدلاً من حيلة sizeof.

vector: المصفوفة المرنة

#include <vector>

vector<int> marks = {85, 92, 78};
marks.push_back(64);
marks[1] = 95;
cout << marks.size() << endl;
for (int m : marks) cout << m << " ";
cout << endl;

الناتج

4
85 95 78 64

• vector<int>: قائمة من الأعداد الصحيحة، ونوع العناصر بين < >.
• push_back: إضافة عنصر في النهاية، فيكبر الـ vector تلقائياً.
• size(): عدد العناصر.
• [ ]: الوصول للعناصر كالمصفوفة تماماً.

تخيّل المصفوفة التقليدية مثل علبة بيض بعدد ثابت من الأماكن، و vector مثل حقيبة قابلة للتمدد: تكبر كلما أضفت إليها، وتدير مساحتها بنفسها.

المزيد من دوال vector

marks.pop_back();
cout << marks.size() << " " << marks.back() << endl;
cout << marks.front() << endl;

الناتج

3 78
85

الدالة	وظيفتها
push_back(x)	إضافة في النهاية
pop_back()	حذف آخر عنصر
front() و back()	أول وآخر عنصر
size() و empty()	العدد، وهل هو فارغ
erase(v.begin() + i)	حذف العنصر رقم i
at(i)	الوصول الآمن للعنصر

at: الوصول الآمن

try {
    cout << marks.at(10) << endl;
} catch (const out_of_range& e) {
    cout << "خطأ: رقم خارج الحدود" << endl;
}

الناتج

خطأ: رقم خارج الحدود

مع [ ]، تجاوز الحدود سلوك غير محدد خطير كما في C. أما at() فتفحص الحدود، وترمي استثناءً يمكن التقاطه بـ try و catch. استخدمها عندما لا تكون متأكداً من الرقم، مثل رقم أدخله المستخدم.

مكتبة algorithm

C++‎ تأتي مع مكتبة ضخمة من الخوارزميات الجاهزة:

#include <algorithm>
#include <numeric>

vector<int> nums = {5, 3, 9, 1};
sort(nums.begin(), nums.end());
for (int x : nums) cout << x << " ";
cout << endl;
cout << accumulate(nums.begin(), nums.end(), 0) << endl;
cout << *max_element(nums.begin(), nums.end()) << endl;

الناتج

1 3 5 9
18
9

• sort: ترتيب تصاعدي.
• accumulate: المجموع، بدءاً من القيمة 0.
• max_element: يُرجع مكان أكبر عنصر، والنجمة * تعطينا قيمته.
• begin() و end() تحددان النطاق: من أول عنصر حتى ما بعد آخر عنصر. وهي طريقة المكتبة القياسية في التعامل مع أي مجموعة.

ومع الـ Lambda التي تعلمتها في الدرس السابق:

vector<int> grades = {85, 92, 78, 64, 50};
int passed = count_if(grades.begin(), grades.end(), [](int g) { return g >= 75; });
cout << passed << endl;

الناتج

3

count_if تعد العناصر التي تحقق شرطاً تعطيه لها كـ Lambda.

لا تعد اختراع العجلة

قبل أن تكتب حلقة لترتيب أو بحث أو جمع، ابحث في مكتبة algorithm. دوالها مختبرة جيداً وسريعة جداً، وتجعل كودك أقصر وأوضح.

vector ثنائي الأبعاد

vector<vector<int>> grid = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
cout << grid[1][2] << endl;
for (const auto& row : grid) {
    for (int v : row) cout << v << " ";
    cout << endl;
}

الناتج

6
1 2 3
4 5 6

vector كل عنصر فيه vector: جدول بصفوف وأعمدة. و auto هنا توفر عليك كتابة النوع الطويل vector<int>.

array: الحجم الثابت الحديث

إذا كان الحجم ثابتاً فعلاً ومعروفاً، هناك array من المكتبة القياسية:

#include <array>

array<int, 3> fixedArr = {7, 8, 9};
cout << fixedArr.size() << endl;

الناتج

3

مثل المصفوفة التقليدية في السرعة، لكنها تعرف حجمها، وتدعم at() وكل دوال algorithm.

جرّب بنفسك

1. أنشئ vector<string> لقائمة مهام، أضف 4 مهام بـ push_back، واحذف الأولى بـ erase، واطبع الباقي.
2. أنشئ vector بدرجات 6 طلاب، ورتبها، واطبع أعلى وأقل درجة والمتوسط.
3. استخدم count_if لعد الدرجات الأقل من 50.
4. تحدٍّ: اطلب من المستخدم أرقاماً بـ cin حتى يدخل صفراً، وخزنها في vector، ثم اطبع مجموعها مرتبة.

أخطاء شائعة

• تجاوز الحدود بـ [ ]: لا تحذير ولا خطأ واضح. استخدم at() عند الشك.
• نسيان #include: vector تحتاج <vector>، و sort تحتاج <algorithm>، و accumulate تحتاج <numeric>.
• حذف عناصر أثناء المرور عليها بحلقة range-for: يسبب أخطاء خطيرة. اجمع ما تريد حذفه أولاً، أو استخدم دوال المكتبة المخصصة لذلك.

اختبر نفسك

سؤال

ما الفرق بين v[10] و v.at(10) إذا كان الـ vector فيه 4 عناصر؟

[ ] أبطأ من atلا فرقat تفحص الحدود وترمي استثناء، و [ ] لا تفحص

سؤال

أي دالة تضيف عنصراً في نهاية vector؟

addappendpush_back

الخلاصة

• المصفوفة التقليدية ثابتة الحجم، و size() تعطي عدد عناصرها.
• vector مصفوفة مرنة: push_back و pop_back و size و front و back.
• at() للوصول الآمن مع فحص الحدود.
• algorithm و numeric فيهما sort و accumulate و max_element و count_if.
• vector<vector<int>> للجداول، و array للحجم الثابت الحديث.