c语言基础（五）---数组
c语言基础（五）—数组
文章目录
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- c语言基础（五）---数组
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- 一.一维数组
- 二.二维数组
- 三.数组查询
- 四.字符数组和字符串
- 五.字符串的输入和输出
- 六.字符串处理函数
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一.一维数组
数组的概念和定义
我们知道，要想把数据放入内存，必须先要分配内存空间。放入4个整数，就得分配4个int类型的内存空间：
int a[4];
这样，就在内存中分配了4个int类型的内存空间，共 4×4=16 个字节，并为它们起了一个名字，叫a。
我们把这样的一组数据的集合称为数组（Array），它所包含的每一个数据叫做数组元素（Element），所包含的数据的个数称为数组长度（Length），例如int a[4];就定义了一个长度为4的整型数组，名字是a。
数组中的每个元素都有一个序号，这个序号从0开始，而不是从我们熟悉的1开始，称为下标（Index）。使用数组元素时，指明下标即可，形式为：
arrayName[index]
arrayName 为数组名称，index 为下标。例如，a[0] 表示第0个元素，a[3] 表示第3个元素。
接下来我们就把第一行的4个整数放入数组：
a[0]=20;
a[1]=345;
a[2]=700;
a[3]=22;
这里的0、1、2、3就是数组下标，a[0]、a[1]、a[2]、a[3] 就是数组元素。
在学习过程中，我们经常会使用循环结构将数据放入数组中（也就是为数组元素逐个赋值），然后再使用循环结构输出（也就是依次读取数组元素的值），下面我们就来演示一下如何将 1~10 这十个数字放入数组中：
#include 更改上面的代码，让用户输入 10 个数字并放入数组中：
#include 最后我们来总结一下数组的定义方式：
dataType arrayName[length];
dataType 为数据类型，arrayName 为数组名称，length 为数组长度。例如：
float m[12]; //定义一个长度为 12 的浮点型数组
char ch[9]; //定义一个长度为 9 的字符型数组
需要注意的是：
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数组中每个元素的数据类型必须相同，对于
int a[4];，每个元素都必须为 int。 -
数组长度 length 最好是整数或者常量表达式，例如 10、204 等，这样在所有编译器下都能运行通过；如果 length 中包含了变量，例如 n、4m 等，在某些编译器下就会报错，
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访问数组元素时，下标的取值范围为 0 ≤ index < length，过大或过小都会越界，导致数组溢出，发生不可预测的情况，
数组内存是连续的
数组是一个整体，它的内存是连续的；也就是说，数组元素之间是相互挨着的，彼此之间没有一点点缝隙。下图演示了int a[4];在内存中的存储情形：
数组内存是连续的」这一点很重要，所以我使用了一个大标题来强调。连续的内存为指针操作（通过指针来访问数组元素）和内存处理（整块内存的复制、写入等）提供了便利，这使得数组可以作为缓存（临时存储数据的一块内存）使用。
数组的初始化
上面的代码是先定义数组再给数组赋值，我们也可以在定义数组的同时赋值，例如：
int a[4] = {
20, 345, 700, 22};
数组元素的值由{ }包围，各个值之间以,分隔。
对于数组的初始化需要注意以下几点：
1) 可以只给部分元素赋值。当{
}中值的个数少于元素个数时，只给前面部分元素赋值。例如：
int a[10]={
12, 19, 22 , 993, 344};
表示只给 a[0]~a[4] 5个元素赋值，而后面 5 个元素自动初始化为 0。
当赋值的元素少于数组总体元素的时候，剩余的元素自动初始化为 0：
对于short、int、long，就是整数 0；
对于char，就是字符 '\0'；
对于float、double，就是小数 0.0。
我们可以通过下面的形式将数组的所有元素初始化为 0：
int nums[10] = {
0};
char str[10] = {
0};
float scores[10] = {
0.0};
由于剩余的元素会自动初始化为 0，所以只需要给第 0 个元素赋值为 0 即可。
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2) 只能给元素逐个赋值，不能给数组整体赋值。例如给 10 个元素全部赋值为 1，只能写作：
int a[10] = {
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1};
而不能写作：
int a[10] = 1;
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3) 如给全部元素赋值，那么在定义数组时可以不给出数组长度。例如：
int a[] = {
1, 2, 3, 4, 5};
等价于
int a[5] = {
1, 2, 3, 4, 5};
程序实例：
#include 二.二维数组
二维数组定义的一般形式是：
dataType arrayName[length1][length2];
其中，dataType 为数据类型，arrayName 为数组名，length1 为第一维下标的长度，length2 为第二维下标的长度。
我们可以将二维数组看做一个 Excel 表格，有行有列，length1 表示行数，length2 表示列数，要在二维数组中定位某个元素，必须同时指明行和列。例如：
int a[3][4];
定义了一个 3 行 4 列的二维数组，共有 3×4=12 个元素，数组名为 a，即：
a[0][0], a[0][1], a[0][2], a[0][3]
a[1][0], a[1][1], a[1][2], a[1][3]
a[2][0], a[2][1], a[2][2], a[2][3]
如果想表示第 2 行第 1 列的元素，应该写作 a[2][1]
也可以将二维数组看成一个坐标系，有 x 轴和 y 轴，要想在一个平面中确定一个点，必须同时知道 x 轴和 y 轴。
二维数组在概念上是二维的，但在内存中是连续存放的；换句话说，二维数组的各个元素是相互挨着的，彼此之间没有缝隙。那么，如何在线性内存中存放二维数组呢？有两种方式：
- 一种是按行排列， 即放完一行之后再放入第二行；
- 另一种是按列排列， 即放完一列之后再放入第二列
在C语言中，二维数组是按行排列的。也就是先存放 a[0] 行，再存放 a[1] 行，最后存放 a[2] 行；每行中的 4 个元素也是依次存放。数组 a 为 int 类型，每个元素占用 4 个字节，整个数组共占用 4×(3×4)=48 个字节。
你可以这样认为，二维数组是由多个长度相同的一维数组构成的。
【实例1】一个学习小组有 5 个人，每个人有 3 门课程的考试成绩，求该小组各科的平均分和总平均分。
| – | Math | C | English |
|---|---|---|---|
| 张涛 | 80 | 75 | 92 |
| 王正华 | 61 | 65 | 71 |
| 李丽丽 | 59 | 63 | 70 |
| 赵圈圈 | 85 | 87 | 90 |
| 周梦真 | 76 | 77 | 85 |
对于该题目，可以定义一个二维数组 a[5][3] 存放 5 个人 3 门课的成绩，定义一个一维数组 v[3] 存放各科平均分，再定义一个变量 average 存放总平均分。最终编程如下：
#include 程序使用了一个嵌套循环来读取所有学生所有科目的成绩。在内层循环中依次读入某一门课程的各个学生的成绩，并把这些成绩累加起来，退出内层循环（进入外层循环）后再把该累加成绩除以 5 送入 v[i] 中，这就是该门课程的平均分。外层循环共循环三次，分别求出三门课各自的平均成绩并存放在数组 v 中。所有循环结束后，把 v[0]、v[1]、v[2] 相加除以 3 就可以得到总平均分。
二维数组的初始化（赋值）
二维数组的初始化可以按行分段赋值，也可按行连续赋值。
例如，对于数组 a5，按行分段赋值应该写作：
int a[5][3]={
{
80,75,92}, {
61,65,71}, {
59,63,70}, {
85,87,90}, {
76,77,85} };
按行连续赋值应该写作：
int a[5][3]={
80, 75, 92, 61, 65, 71, 59, 63, 70, 85, 87, 90, 76, 77, 85};
这两种赋初值的结果是完全相同的。
【实例2】和“实例1”类似，依然求各科的平均分和总平均分，不过本例要求在初始化数组的时候直接给出成绩。
#include 对于二维数组的初始化还要注意以下几点：
1) 可以只对部分元素赋值，未赋值的元素自动取“零”值。例如：
int a[3][3] = {
{
1}, {
2}, {
3}};
是对每一行的第一列元素赋值，未赋值的元素的值为 0。赋值后各元素的值为：
1 0 0
2 0 0
3 0 0
再如：
int a[3][3] = {
{
0,1}, {
0,0,2}, {
3}};
赋值后各元素的值为：
0 1 0
0 0 2
3 0 0
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2) 如果对全部元素赋值，那么第一维的长度可以不给出。例如：
int a[3][3] = {
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
可以写为：
int a[][3] = {
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
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3) 二维数组可以看作是由一维数组嵌套而成的；如果一个数组的每个元素又是一个数组，那么它就是二维数组。当然，前提是各个元素的类型必须相同。根据这样的分析，一个二维数组也可以分解为多个一维数组，C语言允许这种分解。
例如，二维数组a[3][4]可分解为三个一维数组，它们的数组名分别为 a[0]、a[1]、a[2]。
这三个一维数组可以直接拿来使用。这三个一维数组都有 4 个元素，比如，一维数组 a[0] 的元素为 a[0][0]、a[0][1]、a[0][2]、a[0][3]。
三.数组查询
在实际开发中，经常需要查询数组中的元素。例如，学校为每位同学分配了一个唯一的编号，现在有一个数组，保存了实验班所有同学的编号信息，如果有家长想知道他的孩子是否进入了实验班，只要提供孩子的编号就可以，如果编号和数组中的某个元素相等，就进入了实验班，否则就没进入。
不幸的是，C语言标准库没有提供与数组查询相关的函数，所以我们只能自己编写代码。
对无序数组的查询
所谓无序数组，就是数组元素的排列没有规律。无序数组元素查询的思路也很简单，就是用循环遍历数组中的每个元素，把要查询的值挨个比较一遍。请看下面的代码：
#include 这段代码的作用是让用户输入一个数字，判断该数字是否在数组中，如果在，就打印出下标。
第10~15行代码是关键，它会遍历数组中的每个元素，和用户输入的数字进行比较，如果相等就获取它的下标并跳出循环。
注意：数组下标的取值范围是非负数，当 thisindex >= 0 时，该数字在数组中，当 thisindex < 0 时，该数字不在数组中，所以在定义 thisindex 变量时，必须将其初始化为一个负数。
对有序数组的查询
查询无序数组需要遍历数组中的所有元素，而查询有序数组只需要遍历其中一部分元素。例如有一个长度为 10 的整型数组，它所包含的元素按照从小到大的顺序（升序）排列，假设比较到第 4 个元素时发现它的值大于输入的数字，那么剩下的 5 个元素就没必要再比较了，肯定也大于输入的数字，这样就减少了循环的次数，提高了执行效率。
#include 与前面的代码相比，这段代码的改动很小，只增加了一个判断语句，也就是 12~14 行。因为数组元素是升序排列的，所以当 nums[i] > num 时，i 后边的元素也都大于 num 了，num 肯定不在数组中了，就没有必要再继续比较了，终止循环即可。
四.字符数组和字符串
用来存放字符的数组称为字符数组，例如：
char a[10]; //一维字符数组
char b[5][10]; //二维字符数组
char c[20]={
'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a','m'}; // 给部分数组元素赋值
char d[]={
'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a', 'm' }; //对全体元素赋值时可以省去长度
字符数组实际上是一系列字符的集合，也就是字符串（String）。在C语言中，没有专门的字符串变量，没有string类型，通常就用一个字符数组来存放一个字符串。
C语言规定，可以将字符串直接赋值给字符数组，例如：
char str[30] = {
"c.biancheng.net"};
char str[30] = "c.biancheng.net"; //这种形式更加简洁，实际开发中常用
数组第 0 个元素为'c'，第 1 个元素为'.'，第 2 个元素为'b'，后面的元素以此类推。
为了方便，你也可以不指定数组长度，从而写作：
char str[] = {
"c.biancheng.net"};
char str[] = "c.biancheng.net"; //这种形式更加简洁，实际开发中常用
给字符数组赋值时，我们通常使用这种写法，将字符串一次性地赋值（可以指明数组长度，也可以不指明），而不是一个字符一个字符地赋值，那样做太麻烦了。
这里需要留意一个坑，字符数组只有在定义时才能将整个字符串一次性地赋值给它，一旦定义完了，就只能一个字符一个字符地赋值了。请看下面的例子：
char str[7];
str = "abc123"; //错误
//正确
str[0] = 'a'; str[1] = 'b'; str[2] = 'c';
str[3] = '1'; str[4] = '2'; str[5] = '3';c
字符串结束标志（划重点）
字符串是一系列连续的字符的组合，要想在内存中定位一个字符串，除了要知道它的开头，还要知道它的结尾。找到字符串的开头很容易，知道它的名字（字符数组名或者字符串名）就可以；然而，如何找到字符串的结尾呢？C语言的解决方案有点奇妙，或者说有点奇葩。
在C语言中，字符串总是以'\0'作为结尾，所以'\0'也被称为字符串结束标志，或者字符串结束符。
'\0'是 ASCII 码表中的第 0 个字符，英文称为 NUL，中文称为“空字符”。该字符既不能显示，也没有控制功能，输出该字符不会有任何效果，它在C语言中唯一的作用就是作为字符串结束标志。
C语言在处理字符串时，会从前往后逐个扫描字符，一旦遇到'\0'就认为到达了字符串的末尾，就结束处理。'\0'至关重要，没有'\0'就意味着永远也到达不了字符串的结尾。
由" "包围的字符串会自动在末尾添加'\0'。例如，"abc123"从表面看起来只包含了 6 个字符，其实不然，C语言会在最后隐式地添加一个'\0'，这个过程是在后台默默地进行的，所以我们感受不到。
下图演示了"C program"在内存中的存储情形：
需要注意的是，逐个字符地给数组赋值并不会自动添加'\0'，例如：
char str[] = {
'a', 'b', 'c'};
数组 str 的长度为 3，而不是 4，因为最后没有'\0'。
当用字符数组存储字符串时，要特别注意'\0'，要为'\0'留个位置；这意味着，字符数组的长度至少要比字符串的长度大 1。请看下面的例子：
char str[7] = "abc123";
"abc123"看起来只包含了 6 个字符，我们却将 str 的长度定义为 7，就是为了能够容纳最后的'\0'。如果将 str 的长度定义为 6，它就无法容纳'\0'了。
有些时候，程序的逻辑要求我们必须逐个字符地为数组赋值，这个时候就很容易遗忘字符串结束标志'\0'在函数内部定义的变量、数组、结构体、共用体等都称为局部数据。在很多编译器下，局部数据的初始值都是随机的、无意义的，而不是我们通常认为的“零”值。这一点非常重要，大家一定要谨记，否则后面会遇到很多奇葩的错误。
#include 字符串长度
所谓字符串长度，就是字符串包含了多少个字符（不包括最后的结束符'\0'）。例如"abc"的长度是 3，而不是 4。
在C语言中，我们使用string.h头文件中的 strlen() 函数来求字符串的长度，它的用法为：
length strlen(strname);
strname 是字符串的名字，或者字符数组的名字；length 是使用 strlen() 后得到的字符串长度，是一个整数。
#include 五.字符串的输入和输出
字符串的输出
在C语言中，有两个函数可以在控制台（显示器）上输出字符串，它们分别是：
- puts()：输出字符串并自动换行，该函数只能输出字符串。
- printf()：通过格式控制符
%s输出字符串，不能自动换行。除了字符串，printf() 还能输出其他类型的数据。
#include 注意，输出字符串时只需要给出名字，不能带后边的[ ]，例如，下面的两种写法都是错误的：
printf("%s\n", str[]);
puts(str[10]);
字符串的输入
在C语言中，有两个函数可以让用户从键盘上输入字符串，它们分别是：
- scanf()：通过格式控制符
%s输入字符串。除了字符串，scanf() 还能输入其他类型的数据。 - gets()：直接输入字符串，并且只能输入字符串。
但是，scanf() 和 gets() 是有区别的：
- scanf() 读取字符串时以空格为分隔，遇到空格就认为当前字符串结束了，所以无法读取含有空格的字符串。
- gets() 认为空格也是字符串的一部分，只有遇到回车键时才认为字符串输入结束，所以，不管输入了多少个空格，只要不按下回车键，对 gets() 来说就是一个完整的字符串。换句话说，gets() 用来读取一整行字符串。
#include 第一次输入的字符串被 gets() 全部读取，并存入 str1 中。第二次输入的字符串，前半部分被第一个 scanf() 读取并存入 str2 中，后半部分被第二个 scanf() 读取并存入 str3 中。
注意，scanf() 在读取数据时需要的是数据的地址，这一点是恒定不变的，所以对于 int、char、float 等类型的变量都要在前边添加&以获取它们的地址。但是在本段代码中，我们只给出了字符串的名字，却没有在前边添加&，这是为什么呢？因为字符串名字或者数组名字在使用的过程中一般都会转换为地址，所以再添加&就是多此一举，甚至会导致错误了。
就目前学到的知识而言，int、char、float 等类型的变量用于 scanf() 时都要在前面添加&，而数组或者字符串用于 scanf() 时不用添加&，它们本身就会转换为地址。读者一定要谨记这一点。
其实 scanf() 也可以读取带空格的字符串
以上是 scanf() 和 gets() 的一般用法，很多教材也是这样讲解的，所以大部分初学者都认为 scanf() 不能读取包含空格的字符串，不能替代 gets()。其实不然，scanf() 的用法还可以更加复杂和灵活，它不但可以完全替代 gets() 读取一整行字符串，而且比 gets() 的功能更加强大。比如，以下功能都是 gets() 不具备的：
- scanf() 可以控制读取字符的数目；
- scanf() 可以只读取指定的字符；
- scanf() 可以不读取某些字符；
- scanf() 可以把读取到的字符丢弃。
六.字符串处理函数
字符串连接函数 strcat()
strcat 是 string catenate 的缩写，意思是把两个字符串拼接在一起，语法格式为：
strcat(arrayName1, arrayName2);
arrayName1、arrayName2 为需要拼接的字符串。
strcat() 将把 arrayName2 连接到 arrayName1 后面，并删除原来 arrayName1 最后的结束标志'\0'。这意味着，arrayName1 必须足够长，要能够同时容纳 arrayName1 和 arrayName2，否则会越界（超出范围）。
strcat() 的返回值为 arrayName1 的地址。
#include 字符串复制函数 strcpy()
strcpy 是 string copy 的缩写，意思是字符串复制，也即将字符串从一个地方复制到另外一个地方，语法格式为：
strcpy(arrayName1, arrayName2);
strcpy() 会把 arrayName2 中的字符串拷贝到 arrayName1 中，字符串结束标志'\0'也一同拷贝。请看下面的例子：
#include 你看，将 str2 复制到 str1 后，str1 中原来的内容就被覆盖了。
另外，strcpy() 要求 arrayName1 要有足够的长度，否则不能全部装入所拷贝的字符串。
字符串比较函数 strcmp()
strcmp 是 string compare 的缩写，意思是字符串比较，语法格式为：
strcmp(arrayName1, arrayName2);
arrayName1 和 arrayName2 是需要比较的两个字符串。
字符本身没有大小之分，strcmp() 以各个字符对应的 ASCII 码值进行比较。strcmp() 从两个字符串的第 0 个字符开始比较，如果它们相等，就继续比较下一个字符，直到遇见不同的字符，或者到字符串的末尾。
返回值：若 arrayName1 和 arrayName2 相同，则返回0；若 arrayName1 大于 arrayName2，则返回大于 0 的值；若 arrayName1 小于 arrayName2，则返回小于0 的值。
对4组字符串进行比较：
#include 比较的两个字符串。
字符本身没有大小之分，strcmp() 以各个字符对应的 ASCII 码值进行比较。strcmp() 从两个字符串的第 0 个字符开始比较，如果它们相等，就继续比较下一个字符，直到遇见不同的字符，或者到字符串的末尾。
返回值：若 arrayName1 和 arrayName2 相同，则返回0；若 arrayName1 大于 arrayName2，则返回大于 0 的值；若 arrayName1 小于 arrayName2，则返回小于0 的值。
对4组字符串进行比较：
#include