数组

在C语言中，数组是一种数据结构，是具有一定顺序关系的若干相同类型数据的集合, 是基本数据类型的推广，用于存储相同类型的多个元素。数组可以是一维的（线性结构）或二维的（表格结构）。

一维数组¶

一维数组是线性结构，是相同类型元素的有序集合，用于存储相同类型的多个元素。数组中的每个元素可以通过索引访问，索引从0开始。

声明和初始化¶

语法：

数据类型 数组名[长度];        // 声明未初始化（值为随机）
数据类型 数组名[长度] = {初始值列表};  // 声明并初始化

示例：

int arr[5];                   // 声明长度为5的int数组（元素未初始化）
int nums[3] = {10, 20, 30};  // 完全初始化
int data[] = {1, 2, 3};       // 自动推断长度为3

double balance[5] = {1} // 第一个元素是1， 后面默认是0 
double balance[5] = {0} // 全部为0 
double balance[5] = {1000.0, 2.0} // 头两个元素值为1000，和2，后面值为0 
double balance[] = {1000.0, 2.0} // 省略掉了数组的大小，数组的大小则为初始化时元素的个数，balance数组大小为2 
int x[] = { 1, 2, [6] = 10, 11 }; // 显示将第7个元素指定为10

{}叫做初始化器。初始化规则如下:

如果数组为静态⽣生存周期，那么初始化器必须是常量表达式。
如果提供初始化器，那么可以不提供数组⻓长度，由初始化器的最后⼀一个元素决定。
如果同时提供⻓长度和初始化器，那么没有提供初始值的元素都被初始化为 0 或 NULL。

[!note] 笔记

这里面的介绍声明注意和[[数据类型与变量#^{600532|变量的声明]]不是一个观念，这里面的声明其实是[[数据类型与变量#}cb3d83|变量的定义]]。

在C语言和C++语言中，如果没有显式初始化，数组的值将是未定义的，即其内容是不确定的。在这种情况下，上面中的arr数组中的值可能是任何值，这取决于它所分配的内存的状态。

声明数组时, 若长度中含有变量, 则不能初始化！

const int n=3; ✅
int x[n]; // OK
int y[n]={1,2,3}; // ERROR

访问与修改¶

一维数组的访问和修改的语法格式如下：

数组名[索引];
数组名[索引] = 值;

访问超出范围的索引会导致未定义行为（可能崩溃或数据错误）。数组名是首元素地址的指针常量，我们也可以通过数组名进行指针运算来访问元素。

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

// 访问第三个元素
printf("%d\n", arr[2]);  // 输出：3
arr[2] = 1; // 修改第三个元素

// 通过数组指针访问数组元素
printf("%d\n", *(arr+2)); // 访问第三个元素，输出1

// 数组名是指针常量，不能被修改
arr = {1,2,3,4,5}; // ERROR

// 下面两个是等效的
int *ptr = arr;
int *ptr = &arr[0];

[!note] 笔记上面arr值的值是内存地址，指向数组首个元素地址，arr+2并不是只是加上2，而是加上两个数组元素的size

获取数组大小¶

我们可以使用[[表达式与运算符#^1a3f41|sizeof运算符]]来获取数组大小。

int arr[5];
printf("arr size: %d\n", sizeof(arr)/sizeof(arr[0])); // 输出5

int arr2[] = {1,2,3,4,5};
printf("arr2 size: %d\n", sizeof(arr)/sizeof(arr[0])); // 输出5

需要注意，当忽略数组大小数组变量作为函数参数传递时候，是不能用上面的方法的，需要显示传递数组大小，或者以特定标志结尾的数组（比如NULL结尾的字符串数组）：

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]); // 数组名arr被当作指针使用
    }
}

void printArray2(int arr[]) {
   int size = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]) // 这种获取的size是错误的，此时sizeof(arr)是sizeof(int *)的大小。
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]); // 数组名arr被当作指针使用
    }
}

// 以NULL结尾的指针数组
vod printArray3( int** x) { // 等效于int* x[]
 int *p;
 while((p = *x) != NULL) {
  printf("%d", *p);
  x++;
 }
}


int main() {
    int myArray[] = {10, 20, 30, 40, 50};
  printf("%d\n", sizeof(myArray)/sizeof(myArray[0])); // 这个是正确的，因为编译器可以根据myArray初始化信息推断出正确的sizeof(myArray)
    printArray(myArray, 5); // 将数组名传递给函数
  printArray2(myArray); 
    return 0;
}

遍历¶

我们可以通过[[控制结构#^edb94d|for循环]]来遍历数组。

int myArray[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int size = sizeof(myArray)/sizeof(myArray[0])
for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", myArray[i]); // 通过索引下标访问
}

for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", *(myArray+i); // 数组名arr被当作指针使用
}

[!warning] 注意 myArray++以及myArray+1 并不是将数组开始地址+1，而是加上数组元素的大小。myArray+i的计算公式是：
myArray + i * sizeof(int)

数组作为参数传递给函数¶

形参是一个数组指针¶

此时需要传递数组大小，或者最后一个元素是NULL。

void myFunction(int *param, int arraySize) 
{ }

形参是一个已定义大小的数组¶

void myFunction(int param[5]) { }

形参是一个未定义大小的数组¶

此时需要传递数组大小，或者最后一个元素是NULL。

void myFunction(int param[], int arraySize) { }

数组作为函数返回值¶

在C语言中不允许返回完整数组，但我们可以返回一个指向数组的指针。

int * getRandom( )
{
  static int  r[10]; // C 不支持在函数外返回局部变量的地址，除非定义局部变量为 static 变量。
  int i;

  /* 设置种子 */
  srand( (unsigned)time( NULL ) );
  for ( i = 0; i < 10; ++i)
  {
     r[i] = rand();
     printf( "r[%d] = %d\n", i, r[i]);

  }

  return r;
}

二维数组¶

二维数组是由行和列组成的表格结构，本质是一维数组的数组（每个元素是一维数组），用于存储多行多列的数据。每个元素可以通过行索引和列索引访问。

二维数组中的元素按行优先顺序连续存储。对于int[3][5]类型数组其内存空间布局使用如下图所示：

二维数组通常也被称为"矩阵(matrix)"，相当于一个row*column的表格。

声明与初始化¶

语法：

数据类型 数组名[行数][列数];                // 声明未初始化
数据类型 数组名[行数][列数] = {初始值列表};    // 声明并初始化

示例：

int matrix[2][3];                   // 声明2行3列的数组
int table[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};  // 完全初始化
int grid[][3] = {{7, 8}, {9}};      // 自动推断行数（第二行第三列默认填充0）

[!warning] 注意二维数组中只有第一维长度可以省略。

访问与遍历¶

二维数组可以通过数组名[行索引][列索引] 进行访问。

int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};

// 访问第二行第三列元素
printf("%d\n", matrix[1][2]);  // 输出：6

// 遍历所有元素
for (int i = 0; i < 2; i++) {        // 遍历行
    for (int j = 0; j < 3; j++) {    // 遍历列
        printf("%d ", matrix[i][j]); // 输出：1 2 3 4 5 6
    }
    printf("\n");
}

二维数组当然也可以通过数组名[列索引][行索引]的形式进行访问，但由于空间局部性的关系，其访问效果不高，不推荐这种方式访问。

[!note] 笔记 空间局部性是指程序在运行时，如果访问了某个存储位置，那么它附近的存储位置很可能在不久的将来也会被访问。这种原理通常用于缓存和内存管理中，以提高数据访问的效率。

矩阵加法¶

int a[2][2] = {{1, 2}, {3, 4}};
int b[2][2] = {{5, 6}, {7, 8}};
int result[2][2];

for (int i = 0; i < 2; i++) {
    for (int j = 0; j < 2; j++) {
        result[i][j] = a[i][j] + b[i][j];
        printf("%d ", result[i][j]); // 输出：6 8 10 12
    }
    printf("\n");
}

字符数组¶

字符数组是用于存储字符序列的数组，每个元素为 char 类型，通过下标访问单个字符。

// 声明未初始化（值为随机）
char arr1[5];    

// 声明并逐个初始化（手动填充）
char arr2[3] = {'A', 'B', 'C'}; 

// 部分初始化（剩余元素自动填充0或空）
char arr3[5] = {'H', 'i'}; 

// 自动推断长度（长度为3）
char arr4[] = {'X', 'Y', 'Z'}; 

char arr[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%c", arr[i]); // 输出：Hello
}

字符串¶

字符串是以空字符 \0 结尾(\0称为字符串结束标志)的字符数组，是字符数组的一种特殊形式。

// 字符串字面量初始化（自动添加\0）
char str1[] = "Hello";  // 等效于 {'H','e','l','l','o','\0'}

// 显式指定长度（需预留\0位置）
char str2[6] = "World"; // 正确：长度6足够（5字符+\0）
char str3[5] = "Test";  // 正确：长度5足够（4字符+\0）
char str4[4] = "Oops";  // 错误！长度不足（需至少5字节）
char str5[20] = "Hello"; // 字符数组长度为20，但仅包含5个字符

// 字符指针（指向字符串字面量）
char *str5 = "Hello";   // 字符串字面量存储在只读区

下图展示了数组、字符串的内存布局情况¹。

当字符串字面量很长时候，可以拆成多个相邻的字符串，C编译器会相邻的字符串字面量自动拼接成一个字符串：

const char *text =
    "这是一个很长的字符串，"
    "可以分成多行写，"
    "编译器会自动拼接成一行。\n";

输入与输出¶

char name[20];
printf("输入名字：");
scanf("%s", name);    // 输入到name数组（自动补\0，但需注意溢出风险）
printf("名字：%s\n", name);

[!note] 笔记

printf 是整体输出, 系统自动逐个输出字符, 直到遇见字符串结束标志符。

printf 输出字符串中不含字符串结束标志符 \0。

"\0" vs '\0'¶

在 C 语言中，"\0" 和 '\0' 是两种表示空字符（null character）的方式，但它们有一些不同之处：

"\0"：
- "\0" 是一个包含两个字符的字符串字面量（string literal）。其中，\0 表示空字符（null character），ASCII 值为 0。
- 在 C 语言中，字符串字面量是用双引号括起来的字符序列，末尾会自动添加一个空字符 '\0' 作为字符串的终止符。因此，"\0" 实际上表示的是包含一个空字符的字符串，长度为 1。
'\0'：
- '\0' 是一个字符常量（character constant）或者叫做字符字面量（character literal）。表示单个字符的空字符（null character），ASCII 值为 0。
- 在 C 语言中，字符常量用单引号括起来，表示一个字符。
- '\0' 是一种特殊的字符，通常用作字符串的终止符，表示字符串的结束。
- 当我们用 '\0' 来初始化字符数组时，这个字符数组将会被视为一个空字符串。

#include <stdio.h>

int main() {
    char str1[] = "\0";  // 包含一个空字符的字符串，长度为 1
    char str2[] = {'\0'};  // 包含一个空字符的字符数组，长度为 1

    printf("Length of str1: %zu\n", sizeof(str1));  // 输出字符串长度，包括终止符，输出2
    printf("Length of str2: %zu\n", sizeof(str2));  // 输出字符数组长度，输出1

    printf("str1: %s\n", str1);  // 输出 str1 的内容
    printf("str2: %s\n", str2);  // 输出 str2 的内容

    return 0;
}

函数	含义
strlen(str)	求字符串长度
strcat(dest,src)	字符串连接
strcpy(dest,src)	字符串复制
strcmp(str1,str2)	字符串比较
atoi(str)	将字符串转换为整数
atol(str)	将字符串转换为 long
atof(str)	将字符串转换为 double

函数	含义	示例
isdigit	是否为数字	isdigit('3')
isalpha	是否为字母	isalpha('a')
isalnum	是否为字母或数字	isalnum('c')
islower	是否为小写	islower('b')
isupper	是否为大写	isupper('B')
isspace	是否为空格	isspace(' ')
isprint	是否为可打印字符, 包含空格	isprint('A')
isgraph	是否为可打印字符, 不含空格	isgraph('a')
ispunct	除字母数字空格外的可打印字符	ispunct('*')
iscntrl	是否为控制符	iscntrl('\n')
tolower	将大写转换为小写	tolower('A')
toupper	将小写转换为大写	toupper('a')

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