【C语言】数组

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前言

提示：本篇文章为C语言函数的个人总结，内容如若有误，请及时联系我更正。

• 转载请注明原创，谢谢。

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提示：以下是本篇文章正文内容：

一、什么是数组？

  C语言的数组是一种数据结构，它用于存储相同类型的数据。
  下面举几个生活中的例子来帮助理解C语言的数组:
例如 $:$
  我们平时在买东西的时候，经常看到超市货架上的编号：超市的货架上通常会有多个相同的商品，例如一排排的牛奶。每个商品都有一个位置编号，例如第1排、第2排、第3排等。

  数组中的元素就像这些商品，而数组的索引就像商品的位置编号。通过位置编号（即索引），我们可以快速找到并访问特定的商品（即数组元素）。

  总之，数组是一种基本的数据结构，它可以帮助我们组织和管理数据。在实际编程中，数组经常被用于存储一系列相关的数据项。

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  在C语言中，数组的大小是预先定义好的，并且在程序运行时保持不变。通过索引访问数组元素时，需要注意不要越界访问 ，否则可能会导致程序崩溃或其他错误。

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二、一维数组的创建和初始化

  数组是一块连续的内存空间，用来存储相同类型元素的集合。数组还可以分为 一维数组 和 多维数组（一般常见的是二维数组）。
  总之，数组是一组相同类型元素的集合。

2.1 一维数组的创建

让我们来看一下一维数组创建的格式：

数据类型 数组名 [ 常量表达式 ] ;

例子：

#include 
int main()
{
	int arr1[10];
	char arr2[3];
	double arr3[5];
	
    return 0;
}

1. 数组的创建，在C99标准之前(99年发布的C语言标准)， 数组只能是常量指定大小。但是在C99标准支持了变长数组的概念，数组的大小可以使用变量指定，但是数组不能初始化。但是在VS编译器中还是不支持变长数组的。
2. 创建时可以指定类型、变量名、元素的个数。
3. 一般来说，数组为type类型的数组我们就叫type数组，比如int类型数组我们可以称之为int数组或者整型数组。

2.2 一维数组的初始化

让我们来看一下一维数组初始化的格式：

数据类型 数组名 [ 数组个数 ] = { 数据内容 } ;

例子：

#include 
int main()
{
	//完全初始化
	int arr1[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	char str1[3] = { 'a','b','c'};
	
	//不完全初始化
	int arr2[10] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	char str2[10] = { 'a','b','c'};
	
    return 0;
}

当我们打开监视的时候可以查看到此时数组的赋值情况：

arr1 和 str1 是分别定义一个整形的数组和一个字符数组，数组的个数和内部元素的个数一致。
arr2 和 str2 也定义了一个整形的数组和一个字符数组，但是两个数组都是10个元素，而内部元素并没有 10 个，所以 剩余元素初始化为 0 。

2.3 一维数组的使用

细心的小伙伴在刚才应该已经发现了数组的使用方法：

  在之前初始C语言的文章中，对于数组的使用，小明介绍了一个操作符：[ ]，下标引用操作符。它其实就是数组访问的操作符。

例子：

#include 
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

	printf("%d\n", arr[1]);
	printf("%d\n", arr[6]);
	printf("%d\n", arr[8]);

	return 0;
}

执行结果：

  我们可以看到，当我们打印 $arr[1]$ 的时候，在屏幕上打印出了数字 $2$ ，同样的， $arr[6]$ 和 $arr[8]$ 在屏幕上分别打印出了数字 $7$ 和 $9$ ，这就是因为数组中一个很重要的知识点： 下标 。
  数组中的每个元素都有一个序号，这个序号是从0开始的，而不是从我们熟悉的1开始，称为下标 。使用数组元素时，用下标即可访问相对应的元素。

数组的每个元素都有一个下标，且 下标是从0开始的 。

3.3 一维数组的存储

当我们观察输出的结果时，我们可以看到，随着数组下标的增长，元素的地址也在有规律的递增。

这也同样是数组的一个知识点：数组在内存中是连续存放的。

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三、二维数组的创建和初始化

  上面的数组可以看作是一行连续的数据，只有一个下标，称为一维数组。

  在实际问题中还有很多数据是二维的或多维的，因此C语言允许构造多维数组 。多维数组元素有多个下标，以确定它在数组中的位置。小明在这里只给大家介绍二维数组，多维数组是可以由二维数组而推导出来的。

3.1 二维数组的创建

二维数组定义的一般形式是：

数据类型 数组名 [ 常量表达式 1 ] [ 常量表达式 2 ] ;

例子：

#include 
int main()
{
	int a[3][4]; 
	//   3行4列
	char arry[10][10]; 
	//        10行10列
	
    return 0;
}

• 我们可以将二维数组看做一个 Excel 表格，有行有列，表达式1 表示行数，表达式2 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。
• 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。

3.2 二维数组的初始化

二维数组的初始化（赋值）可以按行分段赋值，也可按行连续赋值。

例：

#include 
int main()
{
	//对数组 a[5][3]，按行分段赋值：
	int arr1[5][3]={ {1,2,3}, {18,28,38}, {66,88,99}};
	//按行连续赋值：
	int arr2[5][3]={1, 2, 3, 18, 28, 38, 66, 88,99};
	//这两种赋初值的结果是完全相同的。
	
    return 0;
}

注意：
  二维数组如果有初始化，行可以省略，但是列不能省略。

3.3 二维数组的使用

  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。
例：
  有一个学习小组有 4 个人，每个人有数学、英语、C语言， 3 门课程的考试成绩。

对于该情况的二维数组定义及初始化：

此时，我们又该想一个问题：我们的二维数组又该如何使用嘞？
  其实，二维数组中的元素是通过使用下标（即数组的行索引和列索引）来访问的。

例如：

#include 
int main()
{
	int score[4][3] = { {80,75,92},{61,65,71},{59,63,70},{85,87,90} };
	printf("%d\n", score[3][2]);
	printf("%d\n", score[1][2]);
	printf("%d\n", score[0][1]);
	
	return 0;
}

当我们将上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

a[0][0] = 80
a[0][1] = 75
a[0][2] = 92
a[1][0] = 61
a[1][1] = 65
a[1][2] = 71
a[2][0] = 59
a[2][1] = 63
a[2][2] = 70
a[3][0] = 85
a[3][1] = 87
a[3][2] = 90

对于二维数组的初始化还要注意：

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✅ 可以只对部分元素赋值，未赋值的元素自动取“ 零 ”值。

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• 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
  

• 再例如：

  int a[3][3] = {{0,1}, {0,0,2}, {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：

  0  1  0
  0  0  2
  3  0  0
  

3.4 二维数组的存储

像一维数组一样，这里我们打印二维数组的每个元素，来看一下是如何存储的：

#include 
int main()
{
	char arr[3][4];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < 4; j++)
		{
			printf("&arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);
		}
	}
	return 0;
}

运行结果：

  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。

由此可见，其实二维数组在内存中也是连续存储的。

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四、数组的越界

• 数组的下标是有范围限制的。

• 数组的下规定是从0开始的，如果数组有n个元素，最后一个元素的下标就是n-1。

• 所以数组的下标如果小于0，或者大于n-1，也就是我们所使用的索引超出了数组的范围，就会发生数组越界错误。

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例如，假设我们有一个大小为5的整型数组int arr[5]，它的有效索引范围是0到4。

#include 
int main()
{
	int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
	
	return 0;
}

如果我们尝试访问arr[5]或arr[6]，就会导致数组越界错误。

#include 
int main()
{
	int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

	printf("%d\n", arr[3]);
	printf("%d\n", arr[5]);
	printf("%d\n", arr[6]);
	
	return 0;
}

但是呢，C语言本身不做下标越界检查的，这取决于编译器，有的编译器会报做错，有的则不会！但不报错不一定对，写的时候一定要注意❗️❗️❗️

为了解决这个问题，我们可以采取以下措施：

1. 在使用数组之前，始终检查索引是否在有效范围内。
2. 使用动态内存分配函数（如malloc）创建数组，并根据需要调整其大小。
3. 在可能的情况下，使用其他数据结构（如链表、向量等），它们可以动态地调整大小以适应不同的需求。

总之，避免数组越界是非常重要的，因为它可能导致程序崩溃或产生不可预测的结果。

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五、数组作为函数的参数

  在实际开发中，有很多场景需要我们将数组元素按照从大到小（或者从小到大）的顺序排列，这样在查阅数据时会更加直观，例如：

• 一个保存了班级学号的数组，排序后更容易分区分数高的学生和分数低的学生。
• 一个保存了商品单价的数组，排序后更容易看出它们的性价比。

  对于这种场景，往往我们在写代码的时候，会将数组作为参数传个函数，数组传参是相当重要的，数组传参涉及到一些函数知识点，后面会有详解函数的文章，接下来先我们来看看数组如何传参。
  这里我们以从小到大冒泡排序为例子，讲一下数组传参思想：

冒泡排序思路讲解：

第一个元素开始，每次比较相邻的元素，符合条件则交换。

• 从数组头部开始，不断比较相邻的两个元素的大小，让较大的元素逐渐往后移动（交换两个元素的值），直到数组的末尾。经过第一轮的比较，就可以找到最大的元素，并将它移动到最后一个位置。
• 第一轮结束后，继续第二轮。仍然从数组头部开始比较，让较大的元素逐渐往后移动，直到数组的倒数第二个元素为止。经过第二轮的比较，就可以找到次大的元素，并将它放到倒数第二个位置。
• 以此类推，进行 n-1（n 为数组长度）轮“冒泡”后，就可以将所有的元素都排列好。

那么，按照上面的思路设计一下冒泡排序：

#include 
int main()
{
	int arr[] = { 11, 27 , 9, 32, 34, 16 ,7 };
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				int t = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = t;
			}
		}
	}
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

运行结果：

错误的冒泡排序

  既然，我们知晓了冒泡排序的写法，又会函数的写法，那要不要试一下自己写一个冒泡排序的函数？
  说搞就搞，直接开整！

void Bubble_sort(int arr[])
{
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				int temp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = temp;
			}
		}
	}
}

int main()
{
	int arr[] = { 11, 27 , 9, 32, 34, 16 ,7 };
	Bubble_sort(arr);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

运行结果：

等等！！！为什么没有任何变化 ？？？

众爱卿莫慌，随朕开启调试观察一番

  我们可以看到在代码执行到此处之时，我们的数组已然初始化，所以并不是这里的问题。让我们进入函数一探究竟：

好好好，找到了！！！

  我们发现在函数中，求数组元素个数sz方面出现了问题，此时我们恍然大悟，数组作为函数传参，不是把整个数组传递过去。那数组名究竟传参传递了什么东东？

这里，就又要引入一个新知识点，数组名。

数组名

  在刚才我们调试的时候可以发现arr中是11，而我们数组中的首元素也正好是11，那么，会不会arr在传参的时候传的是数组的首元素呢？

我们将首元素修改一下，再试一次：

现在，我们发现当我们改成888之后，arr传过去的也同样是888。

让我们再写一段代码试一试：

在这里我们就可以看到两次打印的数值并不一样。

让我们看一下警告：

喔~
  这里显示arr不是数组首元素，它是居然是一个指针！
  此时我们回想一下曾经接触的知识，是不是有了些思路？我们知道，指针其实就是地址，那么，既然不是数组首元素，会不会有可能是数组首元素的 地址（指针）呢？

再搞一段代码浅试一手：

#include 
int main()
{
	int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

	printf("arr ----> %d\n", arr);
	printf("arr[0] -> %d\n", &arr[0]);
	
	return 0;
}

运行结果：

最终的最终，我们几乎可以确定，数组名代表数组首元素的地址，但是，是所有情况下，数组名都代表首元素地址嘛？

其实，有两个特例：

  1️⃣ sizeof(数组名)，这里的数组名就表示整个数组，计算的是整个数组的大小，sizeof内部单独放一个数组名，数组名表示整个数组，单位是字节。
  2️⃣ &数组名，这里的数组名表示整个数组，取出的是数组的地址。&数组名，数组名代表的时整个数组！

除此之外，所有遇到的数组名都是数组的首地址。

✅正确的冒泡排序

当数组传参的时候，实际上只是把数组的首元素的地址传递过去了。
所以即使在函数参数部分写成数组的形式：
int arr[] 表示的依然是一个指针： int * arr
所以，我们直接在主函数内求出sz，然后在冒泡排序的函数内直接用即可：

void Bubble_sort(int *arr[],int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
			}
		}
	}
}

int main()
{
	int arr[] = { 11, 27 , 9, 32, 34, 16 ,7 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	Bubble_sort(arr,sz);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

运行结果：

所以，我们把数组的大小作为参数传过去就可以实现冒泡排序了，大家也可以打开自己心爱的编译器，试一试冒泡排序的写法。

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完结

好啦，阅读到这里就已经看完了本期博客的全部内容了