Array: অনেক বাক্স, একটাই নাম

স্কুল বছরের প্রতি মাসের জন্য Amara একটা করে নম্বর রাখে: বারো মাসে বারোটা নম্বর, তাই বারোটা variable, m1 থেকে m12। Program ঠিকঠাক চলে, কিন্তু গড়ের লাইনটা লিখতে গিয়ে সেটা screen-এর কিনারা পার হয়ে যায়। সামনের বছর Amara চায়, কোন মাস সেটা বললেই সেই মাসের নম্বরটা হাতে আসুক। এই lesson ওকে বারোটা বাক্সের জন্য একটাই নাম দেবে।

বারোটা variable, নাকি একটা array

Amara প্রথমে program-টা এভাবে লিখেছিল:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int m1 = 72;
    int m2 = 65;
    int m3 = 80;
    int m4 = 91;
    int m5 = 58;
    int m6 = 77;
    int m7 = 84;
    int m8 = 69;
    int m9 = 90;
    int m10 = 73;
    int m11 = 66;
    int m12 = 88;

    printf("average: %.2f\n", (m1 + m2 + m3 + m4 + m5 + m6 + m7 + m8 + m9 + m10 + m11 + m12) / 12.0);
    return 0;
}

average: 76.08

উত্তর ঠিক আছে, কিন্তু এটাকে আর বাড়ানো যায় না। "7 নম্বর মাসে কত পেয়েছিল?" জানতে লাগবে বারোটা if, প্রতিটা নামের জন্য একটা।

Array মানে একই type-এর এক সারি বাক্স, পাশাপাশি, একটাই নামের নিচে। প্রতিটা বাক্স হলো array-এর একটা element। কোন বাক্স চাও, সেটা বলো তার index দিয়ে: square bracket-এর ভিতরে একটা পূর্ণসংখ্যা, যাকে subscript-ও বলে। এবার বারোটা নম্বর একটা array-তে:

#include <stdio.h>

#define MONTHS 12

int main(void)
{
    int marks[MONTHS] = {72, 65, 80, 91, 58, 77, 84, 69, 90, 73, 66, 88};
    int total = 0;

    for (int i = 0; i < MONTHS; i++) {
        total += marks[i];
    }
    printf("average: %.2f\n", (double)total / MONTHS);
    return 0;
}

Run করার আগে loop-টা trace করো, Module 6-এর মতো প্রতি pass-এ এক সারি। প্রতিটা pass একটা করে বাক্স, marks[i], total-এর সাথে যোগ করে।

913 / 12 হয় 76.083..., আর Module 4-এর (double) cast ভগ্নাংশটা রেখে দেয়।

average: 76.08

তাই একটা array আর একটা loop মিলে বারোটা নাম আর ওই লম্বা লাইনের কাজটা করে দেয়। 7 নম্বর মাস এখন একটাই বাক্স, marks[6]। কেন 6, সেটা পরের অংশগুলো বলবে।

নাম দেওয়া size দিয়ে array declare করা

#define MONTHS 12

type name[MONTHS] = {v0, v1, ...};

এই track বাক্সের সংখ্যাটা লেখে একটা #define constant দিয়ে, যার নাম দেখেই বোঝা যায় সে কী গোনে, যেমন MONTHS বা MAX_N। const int কেন চলবে না, সেটা এখানে বলার কথা দিয়েছিল Module 3।

const int আসলে একটা variable, যেটা বদলাবে না বলে তুমি কথা দিয়েছ; এটা সত্যিকারের constant না। main-এর ভিতরে const int months = 12; লিখে তারপর int marks[months]; লেখো, কোনো command line-এই কোনো বার্তা আসবে না। কিন্তু তৈরি হবে একটা variable length array, সংক্ষেপে VLA: যে array-এর size ঠিক হয় program চলার সময়।

VLA এসেছে C99-এ, আর C11 এটাকে compiler-এর জন্য ঐচ্ছিক করে দিয়েছে। GCC 12 এখনো VLA চালায়, তবে এর এমন কিছু নিয়ম আছে যা সাধারণ array-এর নেই। ওই দুইটা লাইন সব function-এর বাইরে সরিয়ে দাও, GCC 12 প্রতিটা command line-এ মানা করে দেবে: error: variably modified 'marks' at file scope।

তাই এই track কখনো VLA ব্যবহার করে না। প্রতিটা size একটা #define, program শুরুর আগেই ঠিক করা।

Index চলে 0 থেকে n - 1 পর্যন্ত

প্রথম বাক্সটা বাক্স 0, বাক্স 1 না; Module 6 ঠিক এই কথাটাই দিয়ে রেখেছিল। n-টা বাক্সের array-তে index চলে 0 থেকে n - 1 পর্যন্ত। তাই marks[0] হলো জানুয়ারি, আর marks[11] ডিসেম্বর।

Index-কে একটা দূরত্ব হিসেবে পড়ো: প্রথম বাক্স থেকে কয় বাক্স সামনে। জুলাই বছরের সপ্তম মাস, প্রথম থেকে ছয় বাক্স সামনে, তাই সেটা marks[6]। একটা বাক্স ঠিক একটা int variable-এর মতোই কাজ করে।

#include <stdio.h>

#define MONTHS 12

int main(void)
{
    int marks[MONTHS] = {72, 65, 80, 91, 58, 77, 84, 69, 90, 73, 66, 88};

    printf("July: %d\n", marks[6]);
    marks[6] = 90;
    printf("July now: %d\n", marks[6]);
    printf("January: %d, December: %d\n", marks[0], marks[MONTHS - 1]);
    return 0;
}

July: 84
July now: 90
January: 72, December: 88

Assignment-টা শুধু বাক্স 6 বদলেছে, আর কোনোটা না। তাই n-টা বাক্সের শেষটা marks[n - 1], এখানে marks[MONTHS - 1]। এই lesson শুধু সামনের দিকে হাঁটে; marks[n - 1] থেকে পিছিয়ে marks[0] পর্যন্ত যাওয়াটা অনুশীলন 1-এর কাজ।

Initialiser: বাক্সগুলো কোন মান নিয়ে শুরু করে

=-এর পরে braces-এর ভিতরের তালিকাটাই initialiser। এটা বাক্সগুলো ভরে বাঁ থেকে ডানে, বাক্স 0 থেকে শুরু করে। নিচে এর চার রকম চেহারা, একটা table হিসেবে print করা।

#include <stdio.h>

#define BOXES 5

int main(void)
{
    int full[BOXES] = {3, 1, 4, 1, 5};
    int part[BOXES] = {9, 8};
    int zeros[BOXES] = {0};
    int picked[BOXES] = {[3] = 7};

    printf("box  full  part  zeros  picked\n");
    for (int i = 0; i < BOXES; i++) {
        printf("%3d  %4d  %4d  %5d  %6d\n", i, full[i], part[i], zeros[i], picked[i]);
    }
    return 0;
}

Run করার আগে প্রতিটা কলাম আন্দাজ করো। নিচের table-টাই trace।

box  full  part  zeros  picked
  0     3     9      0       0
  1     1     8      0       0
  2     4     0      0       0
  3     1     0      0       7
  4     5     0      0       0

part-এর পেছনের নিয়মটার নাম zero-fill নিয়ম। তালিকা array-এর চেয়ে ছোট হলে, তালিকা যে বাক্সগুলো পর্যন্ত পৌঁছায় না, সেগুলো শুরু করে 0 দিয়ে। C17 standard-এর section 6.7.9, paragraph 21-এ এই নিয়ম লেখা আছে। তাই = {0} কোনো বিশেষ command না। এটা একটামাত্র মানের তালিকা, বাকিটা নিয়মই করে দেয়।

picked-এ আছে একটা designated initialiser, যেটা এসেছে C99-এ: [3] = 7 index দিয়ে একটা বাক্সকে নাম ধরে বেছে নেয়। Module 12 একই কায়দায় structure-এর field ভরবে।

int scores[] = {120, 95, 310}; size-টা বাদ রাখে, তখন compiler প্রতিটা মানের জন্য একটা করে বাক্স বানায়। বেশি মান দিলেও compile হয়ে যায়: int a[3] = {1, 2, 3, 4};-এর জন্য Playground-এর Compile output tab দেখায় warning: excess elements in array initializer, আর 4-টা বাদ পড়ে যায়।

তাই তালিকা ভরে বাক্স 0 থেকে, আর যে বাক্স বাদ পড়ে, সেটা শুরু করে 0 দিয়ে। এই track-এর প্রতিটা array-তে initialiser থাকে, শুধু = {0} হলেও।

বাক্সগুলো পাশাপাশি বসে, আর sizeof ওদের গোনে

Module 2-এ sizeof-কে marks নামের একটা int-এর কথা জিজ্ঞেস করা হয়েছিল, উত্তর এসেছিল 4 byte। এবার একটা array-এর কথা জিজ্ঞেস করো, সে পুরো array-এর উত্তর দেবে।

#include <stdio.h>

#define MONTHS 12

int main(void)
{
    int marks[MONTHS] = {0};

    printf("one box:   %zu bytes\n", sizeof marks[0]);
    printf("the array: %zu bytes\n", sizeof marks);
    printf("boxes:     %zu\n", sizeof marks / sizeof marks[0]);
    return 0;
}

one box:   4 bytes
the array: 48 bytes
boxes:     12

4 byte করে বারোটা বাক্সে হয় 48, আর sizeof marks ঠিক 48-ই বলে। মানে বাক্সগুলোর মাঝে কোনো ফাঁক নেই। ওরা memory-র একটা টানা অংশে পরপর বসে থাকে, একে বলে contiguous। বাক্স i শুরু হয় বাক্স 0-এর i x 4 byte পরে: index যে একটা দূরত্ব, সেই কথাটাই, এবার byte-এ মাপা। বাক্সগুলোর আসল অবস্থান print করে দেখাবে Module 11।

পুরোটাকে একটা বাক্সের মাপ দিয়ে ভাগ করো, 48 / 4, পাবে 12। sizeof marks / sizeof marks[0] এটুকুই করে, আর ওর উত্তর একটা size_t, তাই Module 2-এর মতো %zu দিয়ে print হয়। এটা প্রতিটা বাক্স গোনে, ব্যবহার হোক বা না হোক, আর কোথায় গিয়ে এই কৌশল আর কাজ করে না, সেটা দেখাবে lesson 05।

Capacity আর count দুইটা আলাদা সংখ্যা

সাধারণত input-ই বলে দেয় কয়টা মান আসছে, কিন্তু প্রথম read-এর আগেই array-টা থাকা চাই। তাই array বানাও সবচেয়ে বড় যে input আসতে পারে তার মাপে, আর ব্যবহার করো শুধু সামনের অংশটা।

এতে প্রতিটা array-এর দুইটা সংখ্যা থাকে। Capacity মানে কয়টা বাক্স আছে: MAX_N-এর মতো একটা #define। Count মানে কয়টা বাক্সে আসল data আছে: program চলার সময় পড়া একটা int n। Data-র উপর দিয়ে যাওয়া প্রতিটা loop চলে count পর্যন্ত।

#include <stdio.h>

#define MAX_N 100

int main(void)
{
    int marks[MAX_N] = {0};
    int n = 0;

    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &marks[i]);
    }

    printf("marks:");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf(" %d", marks[i]);
    }
    printf("\n");
    printf("%d of %d boxes used, the last one is marks[%d]\n", n, MAX_N, n - 1);
    return 0;
}

Input 5 আর 70 85 62 91 48 দিয়ে পড়ার loop-টা trace করো।

Print করার loop-টাও একই পাঁচটা বাক্সের উপর দিয়ে একই পাঁচটা pass দেয়।

marks: 70 85 62 91 48
5 of 100 boxes used, the last one is marks[4]

ওই output-টা input 5 আর 70 85 62 91 48-এর জন্য। পড়া শেষ হওয়ার পরে array-টা দেখতে এরকম:

ড্যাশ দিয়ে আঁকা বাক্সগুলো array-এর ভিতরে, কিন্তু data-র বাইরে।

Read-টা আবার দেখো, scanf("%d", &marks[i])। int array-এর একটা বাক্স মানে একটা int, তাই এটা ampersand নেয়, Module 3 যেমন শিখিয়েছিল। Module 3-এর ব্যতিক্রম ছিল bracket ছাড়া খালি নামটা, marks, যেটা নিজেই বোঝায় প্রথম বাক্সটা কোথায়। তাই নিয়মটা আসলে কখনো ভাঙেনি: & জানতে চায় বাক্সটা কোথায়, আর খালি array-এর নাম সেটা আগে থেকেই বলে দেয়। খালি নামটা কাজে লাগবে Module 10 আর 11-এ; bracket থাকলে সেটা একটা বাক্স, আর একটা বাক্স সবসময় নিজের & নেয়।

তাই capacity হলো তুমি কতটা জায়গা বানিয়েছ, আর count হলো তোমার হাতে কতটা data আছে।

শেষ বাক্সের এক ঘর পরে

C কোনো index check করে না। 100 বাক্সের array-তে marks[100] লিখলেও compile হয়, run-ও হয়, আর program গিয়ে পড়ে এমন memory-তে, যেটা অন্য কারও, বা কারোরই না। এটাই undefined behaviour (Module 4): output ঠিকঠাক দেখালেও program-টা ভুল।

Bob 10 বাক্সের একটা array-তে 1 থেকে 10 ভরে, শুরু করে বাক্স 1 থেকে, তারপর দশটা বাক্সই print করে। ওর array-তে কোনো initialiser নেই, আর SIZE হলো 10।

int a[SIZE];

for (int i = 1; i <= SIZE; i++) {
    a[i] = i;
}

Playground-এ ওর program শেষ হয়েছে সফল badge নিয়ে, আর print করেছে 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9। একমাত্র ইঙ্গিত ছিল Compile output tab, যেটার রং amber হয়ে গিয়েছিল। GCC 12 প্রতিটা command line-এ, Playground-সহ, এই warning দেয়: warning: iteration 9 invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]।

GCC pass গোনে 0 থেকে, তাই iteration 9 মানে সেই pass, যেখানে i = 10, আর সেটা লেখে a[10]-এ। Compiler Explorer-এ GCC 12-এর -O2 listing দেখায়, লেখাটা সত্যিই হয়েছে, array-এর ঠিক পরের কিছু ফাঁকা byte-এ। ওখানে আর কিছু ছিল না, তাই চোখে পড়ার মতো কিছু ভাঙেনি। শুরুর 0-টা হলো a[0], যেখানে Bob কখনো কিছু লেখেনি।

Warning এসেছে শুধু এজন্য যে loop-এর সীমাটা ছিল একটা constant। Index যদি input থেকে আসে, GCC 12 কোনো command line-এই কিছু বলে না, -Wall -Wextra-তেও না। তাই শেষ বাক্স a[n - 1], আর data-র loop check করে i < n। ভুল জায়গায় লেখা আর কী কী ঘটাতে পারে, মেপে দেখাবে lesson 06।

#include <stdio.h>

#define MONTHS 12

int main(void)
{
    int days[MONTHS] = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
    int month = 0;

    scanf("%d", &month);
    printf("month %d has %d days\n", month, days[month - 1]);
    return 0;
}

month 2 has 28 days

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int scores[] = {120, 95, 310, 87, 205};
    int count = (int)(sizeof scores / sizeof scores[0]);

    printf("%d scores:", count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        printf(" %d", scores[i]);
    }
    printf("\n");
    printf("first %d, last %d\n", scores[0], scores[count - 1]);
    return 0;
}

5 scores: 120 95 310 87 205
first 120, last 205

#include <stdio.h>

#define MAX_N 100

int main(void)
{
    int marks[MAX_N] = {0};
    int n = 0;
    int paper = 0;
    int new_mark = 0;

    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &marks[i]);
    }
    scanf("%d %d", &paper, &new_mark);

    printf("before:");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf(" %d", marks[i]);
    }
    printf("\n");

    marks[paper - 1] = new_mark;

    printf("after: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf(" %d", marks[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

before: 70 85 62 91 48
after:  70 85 68 91 48

printf("marks:");
for (int i = 0; i <= n; i++) {
    printf(" %d", marks[i]);
}

const int months = 12;
int marks[months] = {0};

int marks[MONTHS] = {72, 65, 80, 91, 58, 77, 84, 69, 90, 73, 66, 88};
int backup[MONTHS] = {0};

backup = marks;

for (int i = 0; i < n; i++) {
    scanf("%d", marks[i]);
}

#include <stdio.h>

#define BOXES 5

int main(void)
{
    int a[BOXES] = {1};

    printf("a:");
    for (int i = 0; i < BOXES; i++) {
        printf(" %d", a[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

#include <stdio.h>

#define MAX_N 1000

int main(void)
{
    int marks[MAX_N] = {0};
    int n = 0;

    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &marks[i]);
    }

    /* Print the n marks from the last box back to the first,
       on one line, separated by single spaces. */

    return 0;
}

#include <stdio.h>

#define MAX_N 100

int main(void)
{
    int a[MAX_N] = {0};
    int n = 0;

    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &a[i]);
    }

    /* Print one line per box, in the form a[0] = 70.
       Which boxes hold data, and which index is the last one? */

    return 0;
}

#include <stdio.h>

#define MAX_N 100

int main(void)
{
    int rain[MAX_N] = {0};
    int n = 0;

    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &rain[i]);
    }

    /* Set every negative box to 0, and count the boxes you changed.
       Then print the n values on one line, and the count on the next. */

    return 0;
}

এরপর Zara-র তিনটা negative তাপমাত্রার সর্বোচ্চটা আসে 0, আর lesson 02 খুঁজে বের করে কেন।