1. المقدمة

تُستخدم لغة البرمجة C على نطاق واسع في مجالات متعددة مثل تطوير الأنظمة والأنظمة المدمجة، وذلك بفضل بساطتها وأدائها العالي. ومن بين أهم الهياكل البيانية في هذه اللغة هو المصفوفة، التي تُعد أداة أساسية لتنظيم البيانات وإدارتها بشكل مجمع، وتُستخدم بشكل متكرر في العديد من البرامج.

في هذه المقالة، سنشرح بالتفصيل طرق الحصول على طول المصفوفة في لغة C. سنركز بشكل خاص على النقاط التي قد يواجه فيها المبتدئون صعوبة، مع شرح شامل من الأساسيات إلى التطبيقات المتقدمة، بحيث تتمكن من إتقان مهارة تحديد طول المصفوفة بدقة.

2. المفهوم الأساسي للمصفوفات

ما هي المصفوفة؟

المصفوفة هي هيكل بيانات يسمح بتجميع عدة قيم من نفس النوع في مكان واحد لإدارتها بشكل منظم. وهي مفيدة عند معالجة عدة بيانات دفعة واحدة، حيث يتم تخصيص مساحة متتالية لها في الذاكرة.

استخدامات المصفوفات

1. المعالجة المجمعة للبيانات – مثالية لتجميع بيانات من نفس النوع مثل درجات الطلاب أو بيانات أجهزة الاستشعار.
2. التكرار في العمليات – يمكن الوصول إلى عناصرها بالتسلسل باستخدام الحلقات، مما يجعلها مناسبة لتكرار نفس العملية بكفاءة.
3. إدارة الذاكرة – بفضل تخزين البيانات في مواقع متتالية بالذاكرة، يمكن الوصول إليها بسرعة وكفاءة عالية.

آلية عمل المصفوفات

يتم الوصول إلى عناصر المصفوفة باستخدام الفهارس (index)، حيث يبدأ الفهرس من 0 في لغة C، ويكون آخر عنصر عند حجم المصفوفة - 1.

مثال:

int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
printf("%d\n", numbers[0]); // يطبع 10
printf("%d\n", numbers[4]); // يطبع 50

في هذا المثال، تحتوي المصفوفة numbers على 5 أعداد صحيحة، ويمكن الوصول لكل عنصر باستخدام فهرسه.

3. إعلان المصفوفة وتهيئتها

طريقة إعلان المصفوفة

في لغة C، يتم إعلان المصفوفة بالشكل التالي:

نوع_البيانات اسم_المصفوفة[الحجم];

مثال:

int scores[10]; // مصفوفة أعداد صحيحة تحتوي على 10 عناصر

تهيئة المصفوفة

يمكن تهيئة المصفوفة عند الإعلان عنها مباشرة.

1. تهيئة كاملة

int values[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

2. تهيئة جزئية

int data[5] = {10, 20}; // باقي العناصر يتم تهيئتها إلى 0

3. تهيئة بدون تحديد الحجم

int numbers[] = {10, 20, 30}; // الحجم يُحسب تلقائياً (3 عناصر)

ملاحظة حول المصفوفات غير المهيأة

إذا لم يتم تهيئة المصفوفة، فقد تحتوي على قيم غير متوقعة (قيم عشوائية في الذاكرة)، لذلك يُفضل تهيئتها عند الحاجة.

4. طريقة الحصول على طول (عدد عناصر) المصفوفة

في لغة C، من المهم جداً معرفة طول المصفوفة بدقة، خصوصاً عند استخدام الحلقات أو عند إدارة البيانات. في هذا القسم، سنشرح الطرق الشائعة للحصول على طول المصفوفة مع أهم الملاحظات.

4.1 استخدام المعامل sizeof

أكثر الطرق شيوعاً هي استخدام sizeof، حيث يُعيد حجم النوع أو المتغير بالبايت.

مثال أساسي:

#include <stdio.h>

int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int length = sizeof(array) / sizeof(array[0]); // حساب عدد العناصر

    printf("طول المصفوفة: %d\n", length); // الإخراج: 5
    return 0;
}

النقاط المهمة:

• sizeof(array) – يعيد الحجم الكلي للمصفوفة بالبايت.
• sizeof(array[0]) – يعيد حجم أول عنصر بالمصفوفة بالبايت.
• عند قسمة الحجم الكلي على حجم عنصر واحد، نحصل على عدد العناصر.

4.2 ملاحظة عند تمرير المصفوفة لدالة

عند تمرير المصفوفة كوسيط لدالة، تتحول إلى مؤشر (Pointer)، وبالتالي فإن sizeof سيعيد حجم المؤشر (4 أو 8 بايت غالباً) وليس طول المصفوفة.

مثال للمشكلة:

#include <stdio.h>

void printArrayLength(int arr[]) {
    printf("الحجم: %ld\n", sizeof(arr) / sizeof(arr[0])); // لا يعمل بشكل صحيح
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArrayLength(array);
    return 0;
}

الحل:
تمرير طول المصفوفة كوسيط إضافي.

#include <stdio.h>

void printArrayLength(int arr[], int length) {
    printf("طول المصفوفة: %d\n", length);
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int length = sizeof(array) / sizeof(array[0]);
    printArrayLength(array, length);
    return 0;
}

5. الحصول على طول مصفوفة النصوص (Strings)

في لغة C، النصوص هي في الحقيقة مصفوفات من النوع char وتنتهي برمز خاص '\0' (النول).

5.1 العلاقة بين النصوص والمصفوفات

مثال:

char str[] = "Hello";

يتم تخزين النص في الذاكرة بالشكل التالي:

5.2 استخدام strlen للحصول على طول النص

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("طول النص: %ld\n", strlen(str)); // الإخراج: 5
    return 0;
}

ملاحظات:

• دالة strlen لا تحتسب '\0'.

5.3 الفرق بين sizeof و strlen

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("sizeof: %ld\n", sizeof(str));  // 6 (بما في ذلك '\0')
    printf("strlen: %ld\n", strlen(str)); // 5
    return 0;
}

6. المصفوفات ذات الطول المتغير (VLA)

تم تقديم VLA في معيار C99، حيث يمكن تحديد حجم المصفوفة أثناء التنفيذ.

مثال:

int size;
scanf("%d", &size);
int arr[size]; // إنشاء مصفوفة بطول يتم تحديده أثناء التشغيل

6.2 مثال كامل

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
    printf("أدخل حجم المصفوفة: ");
    scanf("%d", &n);

    int arr[n];
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

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

    return 0;
}

7. ملاحظات هامة حول طول المصفوفة

7.1 تجنب الوصول خارج حدود المصفوفة

الوصول إلى خارج الحدود قد يسبب أخطاء أو مشاكل أمنية.

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

7.2 مخاطر تجاوز سعة الذاكرة (Buffer Overflow)

مثال:

char buffer[10];
strcpy(buffer, "This string is too long!"); // خطر تجاوز السعة

الحل:

strncpy(buffer, "This string is too long!", sizeof(buffer) - 1);
buffer[sizeof(buffer) - 1] = '\0';

8. الخلاصة

تعلمنا في هذا المقال كيفية التعامل مع طول المصفوفة في C من الأساسيات إلى الحالات المتقدمة، مع التركيز على الأمان والكفاءة.

8.1 ملخص النقاط

• المصفوفات تحتاج إلى معرفة طولها بدقة.
• يمكن استخدام sizeof للمصفوفات الثابتة، وتمرير الطول عند استخدام الدوال.
• النصوص تحتاج strlen لاحتساب عدد الأحرف.
• VLA توفر مرونة، لكن يجب الحذر من الاستهلاك الزائد للذاكرة.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: لماذا لا يعمل sizeof بشكل صحيح داخل الدالة عند محاولة الحصول على طول المصفوفة؟

ج:
عند تعريف المصفوفة داخل نفس النطاق (scope)، يقوم sizeof بإرجاع الحجم الكلي للمصفوفة بالبايت.
لكن عند تمرير المصفوفة إلى دالة، يتم تحويلها إلى مؤشر (Pointer)، والمُؤشر يحمل عنوان أول عنصر فقط، ولذلك فإن sizeof يُعيد حجم المؤشر (عادةً 4 أو 8 بايت) وليس عدد العناصر.

الحل:
مرّر طول المصفوفة كوسيط إضافي إلى الدالة.

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d\n", arr[i]);
    }
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(array, sizeof(array) / sizeof(array[0])); // تمرير الطول
    return 0;
}

س2: عند حساب طول النص، هل أستخدم sizeof أم strlen؟

ج:
يعتمد الأمر على الغرض:

• sizeof: يُعيد الحجم الكلي للمصفوفة بالبايت، بما في ذلك الحرف النهائي '\0'. مفيد لمعرفة حجم التخزين.
• strlen: يُعيد عدد الأحرف الفعلية في النص، دون احتساب '\0'. مفيد لمعرفة طول النص المعروض.

مثال:

char str[] = "Hello";
printf("%ld\n", sizeof(str));  // الإخراج: 6 (بما في ذلك '\0')
printf("%ld\n", strlen(str)); // الإخراج: 5

س3: هل أستخدم المصفوفات ذات الطول المتغير (VLA) أم الدوال malloc؟

ج:
الأمر يعتمد على الحالة:

• مزايا VLA: سهلة الاستخدام، يمكن تحديد حجمها أثناء التنفيذ، لكن تُخزن في الذاكرة المؤقتة (stack)، وقد تسبب خطأ إذا كان الحجم كبيراً.
• مزايا malloc: تُخزن في الذاكرة الديناميكية (heap)، تدعم أحجاماً أكبر، وأكثر أماناً عند إدارة الذاكرة على المدى الطويل، لكن تحتاج إلى استدعاء free() بعد الانتهاء.

س4: ماذا يحدث إذا لم أقم بتحرير الذاكرة المخصصة ديناميكياً باستخدام malloc؟

ج:
سيحدث ما يُعرف بـ تسرب الذاكرة (Memory Leak)، أي أن الذاكرة المخصصة ستظل محجوزة حتى بعد انتهاء البرنامج أو امتلاء الذاكرة، مما قد يؤدي إلى بطء النظام أو توقفه.

مثال صحيح:

int *arr = malloc(10 * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
    printf("فشل في تخصيص الذاكرة\n");
    return 1;
}

// ... استخدام المصفوفة

free(arr); // تحرير الذاكرة

س5: كيف أتجنب تجاوز سعة الذاكرة (Buffer Overflow)؟

ج:

• تحقق دائماً من حجم المصفوفة قبل إدخال البيانات.
• استخدم الدوال الآمنة مثل strncpy بدلاً من strcpy، وsnprintf بدلاً من sprintf.
• احرص على تخصيص مساحة إضافية للحرف النهائي '\0' عند التعامل مع النصوص.
• اختبر البرنامج باستخدام قيم الحد الأدنى والأقصى (Boundary Testing).

الخلاصة

يُعد فهم كيفية التعامل مع طول المصفوفات في C خطوة أساسية لكتابة برامج أكثر أماناً وكفاءة.
باستخدام الطرق الصحيحة ومع الانتباه للمخاطر المحتملة مثل تجاوز السعة، ستتمكن من كتابة كود موثوق وآمن.