[Imperative Programming + C] Bài 13 – Simplicity DSA Array (tiếp theo)

Các mảng mới trong JavaScript có thể được tạo ra từ một vài thao tác tiềm năng là:

• Khởi tạo mảng rỗng
• Khởi tạo mảng với một số phần tử đã biết trước
• Khởi tạo mảng từ dữ liệu copy từ một mảng khác (1 phần hoặc toàn bộ)
• Khởi tạo mảng từ dữ liệu copy gộp của hai mảng khác nhau

Hãy khởi đầu với trường hợp khởi tạo một mảng rỗng.

array_new (capacity)

Tính cho tới thời điểm hiện tại thì những kiến thức mà chúng ta đang có về C đang định hình một sự khác biệt cơ bản giữa các mảng trong C và JavaScript là tính linh động về độ dài. Một mảng trong C sẽ có dung lượng cố định và cần được chỉ định trước ngay tại thời điểm khai báo mảng chứ không thể thay đổi trong quá trình sử dụng mảng. Trong khi đó thì một mảng trong JavaScript lại có dung lượng lưu động và không cố định ở thời điểm khởi tạo.

Điều này cũng tạo ra một ràng buộc nhất định khi sử dụng mảng trong C, đó là trước khi thực hiện một thao tác bổ sung thêm các phần tử mới vào mảng; Thì chúng ta sẽ cần phải kiểm tra số lượng phần tử trong mảng (length) đã lấp đầy dung lượng tiềm năng (capacity) của mảng hay chưa.

Bởi vì nếu như chúng ta cố thực hiện lưu trữ dữ liệu vào một vùng bộ nhớ chưa xin cấp từ hệ điều hành thì sẽ có hai khả năng: Hoặc là thao tác ghi dữ liệu sẽ báo lỗi; Hoặc là thao tác ghi dữ liệu vẫn thành công nhưng sau đó dữ liệu sẽ có thể bị ghi đè bởi chương trình khác. Trong cả hai trường hợp thì chương trình của chúng ta sẽ có khả năng vận hành không như mong muốn.

Vì vậy nên array_struct của chúng ta nên có thêm trường capacity dành cho logic kiểm tra trạng thái còn chỗ trống hoặc đã đầy của mảng.

typedef double val;
typedef void* ref;

// - - - Array

typedef struct {
   void* at;
   int   length;
   int   capacity;
} array_struct;

typedef array_struct* Array;

Array array_new (int capacity);
Array array_from (void* literal, int length, int capacity);
Array array_slice (Array origin, int start, int end);
Array array_concat (Array first, Array second);
void* array_destroy (Array thearray);

#include<stdlib.h>#include"../index.h"

Array array_new(int capacity){  Array thearray =malloc(sizeof(array_struct));
      thearray->at =malloc(capacity *8);
      thearray->length =0;
      thearray->capacity = capacity;return thearray;}

Bây giờ thì chúng ta đã có thao tác khởi tạo mảng rỗng ngắn gọn hơn rất nhiều so với bài trước. Chỉ một dòng thôi.

#include<stdio.h>#include"index.h"intmain(){  Array thearray =array_new(1024);// - storing data((val*) thearray->at)[0]=10.01;
      thearray->length +=1;// - print some infoprintf("The first element: %lf n",((val*) thearray->at)[0]);printf("Length of the array: %i n", thearray->length);printf("Capacity of the array: %i n", thearray->capacity);return0;}

gcc test.c array*.c -o test
test

gcc test.c array/*.c -o test
test

The first element: 10.010000 
Length of the array: 1
Capacity of the array: 1024

Tuyệt, như vậy là chúng ta đã có một trình khởi tạo array_struct mô tả mảng rỗng với dung lượng tùy chọn. Cách thức để tạo mảng với dung lượng lưu động như JavaScript thì chúng ta sẽ suy nghĩ đến sau. Cứ biết là sẽ có cách và sẽ tìm ra được.

var thearray =newArray(0);// - storing data
thearray[0]=10.01;// - print some info
console.log("The first element: "+ thearray.at(0));
console.log("Length of the array: "+ thearray.length);

Trường hợp tiếp theo là khi chúng ta khởi tạo mảng mới và ngay lập tức liệt kê một số phần tử mà chúng ta đã biết trước.

array_from (literal, length, capacity)

Thao tác khởi tạo một array_struct mà chúng ta đã định nghĩa với một số phần tử được liệt kê trước cũng hoàn toàn có thể được thu gọn trong một dòng. Các công cụ lập trình mà C cung cấp hoàn toàn có khả năng này. Tuy nhiên mình cảm thấy nếu tận dụng cú pháp tạo mảng đơn thuần literal mà C có sẵn sau đó thêm một dòng gọi trình khởi tạo array_struct thì code sẽ gọn gàng và dễ theo dõi hơn rất nhiều.

#include<stdlib.h>#include"../index.h"

Array array_from(void* literal,int   length,int   capacity
)// -{  Array thearray =malloc(sizeof(array_struct));
      thearray->at = literal;
      thearray->length = length;
      thearray->capacity = capacity;return thearray;}

#include<stdio.h>#include"index.h"intmain(){  val numbers[1024]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
      Array thearray =array_from(numbers,10,1024);// - insert new data((val*) thearray->at)[10]=108;
      thearray->length +=1;// - print some infoprintf("The first element: %lf n",((val*) thearray->at)[10]);printf("Length of the array: %i n", thearray->length);printf("Capacity of the array: %i n", thearray->capacity);return0;}

gcc ... -o test
test

The first element: 108.000000 
Length of the array: 11
Capacity of the array: 1024

array_slice (origin, start, end)

Trường hợp kế tiếp là khởi tạo một mảng mới từ nội dung sao chép được từ một mảng đã có trước. Nhiều ngôn ngữ lập trình khác như Java hay C# gọi thao tác này là copy còn JavaScript gọi là slice. Mặc dù cách nói slice dễ bị hiểu lầm là thao tác khiến mảng ban đầu bị thay đổi, nhưng thôi thì dùng nhiều cũng quen. Ở đây mình sử dụng cách đặt tên của JavaScript vì đang là một newbie JavaScript nên cứ thuận theo vậy cho quen.

Mảng ban đầu origin sẽ không bị thay đổi bởi trình array_slice, và thay vào đó thì sub-program này sẽ trả về một mảng mới toanh. Nội dung copy được sẽ là các phần tử có trị số chỉ vị trí bắt đầu từ start cho tới end nhưng không bao gồm end.

#include<stdlib.h>#include"../index.h"

Array array_slice(
   Array origin,int   start,int   end
)// -{int index; val element;
      Array slice =array_new(origin->capacity);// - slice's lengthif(end > origin->length) end = origin->length;
      slice->length = end - start;// - copy content
      index = start -1;
      loop: index +=1;
         element =((val*) origin->at)[index];((val*) slice->at)[index]= element;if(index < end)goto loop;return slice;}

Trong code ví dụ trên thì thao tác copy dữ liệu từ mảng ban đầu origin sang mảng mới slice được thực hiện qua con trỏ kiểu val*. Tuy nhiên do chúng ta đã định nghĩa kiểu val từ double và có cùng độ rộng với kiểu ref được định nghĩa từ void*; Do đó nên sub-program này cũng sẽ hoạt động tốt đối với cả những mảng lưu các địa chỉ tham chiếu.

Bây giờ chúng ta sẽ viết test sử dụng trình array_slice để copy một phần của mảng ban đầu có chứa các chuỗi. Thao tác slice mà chúng ta thực hiện trong ví dụ này sẽ bỏ qua chuỗi đầu tiên trong mảng gốc và như vậy mảng kết quả sẽ có độ dài length nhỏ hơn một chút.

#include<stdio.h>#include"index.h"intmain(){  ref words[1024]={"the","quick","brown","fox"};
      Array origin =array_from(words,4,1024);
      Array slice =array_slice(origin,1,9);// - print some infoint lastid = slice->length;printf("The last element: %s n",((ref*) slice->at)[lastid]);printf("Length of the array: %i n", slice->length);printf("Capacity of the array: %i n", slice->capacity);return0;}

gcc ... -o test
test

The last element: fox 
Length of the array: 3
Capacity of the array: 1024

Có lẽ JavaScript sử dụng từ slice là để nhấn trọng tâm vào việc tách lấy một phần dữ liệu của mảng ban đầu chứ không phải là chủ đạo để copy toàn bộ. Tuy nhiên trước khi cú pháp destructuring và phép dàn trải spread operator xuất hiện thì slice lại là phương thức duy nhất hỗ trợ thao tác sao chép nội dung của một mảng.

var origin =newArray("the","quick","brown","fox");var slice = origin.slice(1,Infinity);var copy =[...origin ];// - - - - - - - - -
console.log(origin);// [ "the", "quick", "brown", "fox" ]// - - - - - - - - -
console.log(slice);// [ "quick", "brown", "fox" ]

array_concat (first, second)

Trường hợp cuối cùng là khởi tạo mảng mới có nội dung copy được từ hai mảng ban đầu. JavaScript gọi đây là phép nối concat để nhấn vào việc nội dung của mảng thứ nhất và nội dung của mảng thứ hai sẽ được ghi nối tiếp với nhau trong mảng mới được tạo ra. Tuy nhiên về căn bản thao tác mà sub-program này thực hiện vẫn là copy và hai mảng ban đầu sẽ không bị tác động thay đổi gì về mặt nội dung.

Như vậy cũng được, chúng ta sẽ có thêm nhiều tên khác nhau để đặt cho các phiên bản khác nhau của chương trình copy mảng. Tuy nhiên logic biểu thị cơ bản của concat là nội dung của mảng thứ hai sẽ được copy nối tiếp vào mảng thứ nhất. Do đó nên chúng ta sẽ mặc định mảng mới được tạo ra với dung lượng capacity tương đương với mảng đầu tiên.

#include<stdlib.h>#include"../index.h"

Array array_concat(
   Array first,
   Array second
)// -{int copyid, newid; val element;// - copy the first array
      Array concat =array_slice(first,0, first->length);// - total length
      concat->length += second->length;// - copy the second array
      copyid =-1; newid =(first->length -1);
      loop: copyid +=1; newid +=1;
         element =((val*) second->at)[copyid];((val*) concat->at)[newid]= element;if(copyid < second->length)goto loop;return concat;}

Thao tác copy nội dung của mảng thứ hai được thực hiện từ trị số chỉ vị trí là copyid = 0 cho đến khi đi hết độ dài của mảng thứ hai second->length. Ở đây chúng ta vẫn sẽ thực hiện việc chung chuyển các bit dữ liệu qua con trỏ kiểu val* có độ rộng 8 byte và hiển nhiên cũng sẽ hoạt động tốt với các mảng chứa địa chỉ tham chiếu.

#include<stdio.h>#include"index.h"intmain(){// - the first array
      ref subject[1024]={"the","quick","brown","fox"};
      Array first =array_from(subject,4,1024);// - the second array
      ref action[100]={"jumps","over","the","lazy","dog"};
      Array second =array_from(action,5,100);// - concat two arrays
      Array concat =array_concat(first, second);// - print some infoint lastid =(concat->length -1);printf("The last element: %s n",((ref*) concat->at)[lastid]);printf("Length of concat: %i n", concat->length);printf("Capacity of concat: %i n", concat->capacity);return0;}

gcc ... -o test
test

The last element: dog 
Length of concat: 9
Capacity of concat: 1024

Như vậy là chúng ta đã có đủ các sub-program hỗ trợ khởi tạo mảng mới trong các trường hợp khác nhau tương ứng với các phương thức thường gặp trong JavaScript.

var first =newArray("the","quick","brown","fox");var second =newArray("jumps","over","the","lazy","dog");var concat = first.concat(second);// - print some infovar lastid = concat.length-1
console.log("The last element: "+ concat[lastid]);
console.log("Length of concat: "+ concat.length)

array_destroy (thearray)

Đây là một phần bổ sung nhỏ dành riêng cho C chứ không liên quan gì tới các ngôn ngữ lập trình bậc cao như JavaScript, C#, hay Java, v.v… Câu chuyện ở đây là chúng ta đang thực hiện quản lý bộ nhớ thủ công bằng chương trình xin cấp phát bộ nhớ malloc để tạo ra các array_struct; Do đó nên chúng ta sẽ cần có một sub-program hỗ trợ tự động hóa việc giải phóng bộ nhớ khi không còn sử dụng tới một array_struct nào đó.

#include<stdlib.h>#include"../index.h"void*array_destroy(Array thearray){free(thearray->at);free(thearray);returnNULL;}

Kết thúc bài viết

Mặc dù các chương trình array_slice và array_concat có phản ánh những chức năng khác ngoài việc khởi tạo một mảng mới. Tuy nhiên những thao tác này thực sự hoàn toàn không gây ảnh hưởng tạo ra sự thay đổi nội dung của các mảng ban đầu.

Trong khi đó thì những thao tác mang tính chất bổ sung, chỉnh sửa, xóa… trực tiếp thay đổi nội dung của mảng lại rất phổ biến; Do đó trong bài viết tiếp theo, chúng ta sẽ điểm lại những thao tác làm việc cơ bản với mảng và thử xây dựng trình array_splice tương ứng với phương thức array.splice() trong JavaScript.

Sau đó chúng ta sẽ có thể hiểu rõ hơn về những ưu điểm của việc sử dụng mảng để lưu trữ dữ liệu tạm thời trong phần mềm; Và đồng thời sẽ có thể suy nghĩ về những khả năng mà JavaScript đã có thể tạo ra một giao diện lập trình sử dụng mảng có dung lượng không cố định.

(chưa đăng tải)[Imperative Programming + C] Bài 14 – Simplicity DSA Array (tiếp theo)