C入门7C语言中的数组

Posted 2021-09-03 bryson

Summary

1）数组是相同数据类型变量的有序集合

2）如果未给定数组元素大小，编译器会根据数组元素的个数自动推断数组的大小；数组中后面未被初始化的元素会被自动初始化为0。

3）数组的本质是一段连续的内存，用于存储数组元素；数组的大小可以通过sizeof获取，单位：字节；sizeof(arrName)。数组的元素个数：sizeof(arrName) / sizeof(arrName[0])

4）数组的类型由元素类型和元素个数决定，表示为type [N]

5）多维数组的本质仍然是一维数组，数组里的每一个元素是数组

6）字符串的本质是一个字符数组

7）C语言中对字符串或者字符数组的操作，一定要关注0元素（\'\\0\'结束符）；如果使用字符数组来模拟字符串变量，一定记得在最后一个元素后加上结束符\'\\0\'

8）字符串字面量的长度strLen：结束符\'\\0\'之前的所有字符；字符串字面量占用的内存大小strSize：包括\'\\0\'的所有字符。即strSize = strLen + 1;

9）char *strcpy(char *dst, const char *src);注意strcpy的第二个参数必须是一个字符串

1、一维数组

1.1 数组的概念

数组是相同数据类型变量的有序集合。

• 数组作为整体需要一个合法的命名（数组名）
• 数组中的变量没有独立命名，只有在数组中的编号
• 数组中的变量数量是固定不变的（数组大小固定）

1.2 数组的定义

语法：type Name[size];

int arr[10];  // 定义名为arr的数组
              // 数组中一共有10个元素（变量）
              // 每个元素的类型为int

1.3 数组的访问

• 通过数组名[下标]的方式访问数组
• 数组是一个有序的集合，每个元素都有固定的下标
• 数组元素下标固定从0开始（可以使用变量作为下标）

int arr1[3];

arr1[-1] = 0;  // error,数组下标从0开始

arr1[0] = 1;   // ok

arr1[3] = 4;   // error,数组中一共有3个元素，最后一个元素下标为2,下标3越界了 

注意：

• 只有整型数才能作为下标来访问数组元素
• 下标越界是非常严重的错误
• 下标越界造成的严重后果可能不会立刻体现出来

1.4 数组的初始化

语法：type Name[N] = {v0, v1, ..., vN-1};
意义：将数组中的元素分别初始化为v0, v1, ...

int main()
{
    int arr[5] = {2, 4, 6, 8, 10};  // 定义数组arr并初始化
    int i = 0;
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("arr[%d] = %d\\n", i, arr[i]);
    }
    
    return 0;
}

数组初始化技巧：

• 自动确定数组大小
  type Name[] = {v0, v1, ....}; // 编译器会根据初始值的个数自动确认数组的大小
• 将部分数组元素初始化为0
  / S<N，未指定初始值的元素默认为0
  type Name[N] = {v0, v1, ..., vS}; // 前面的元素给了初始值，后面没给的都是0
• 将所有数组元素初始化为0
  type Name[N] = {0}; // 同上一点，第一个元素给了0，后面每给的都是0

1.5 数组的内存分布

数组再计算机底层是一片连续的内存，用于存储数组元素

type Name[n] = {v0, v1, ....};
数组的大小：sizeof(Name)
数组的元素个数：sizeof(Name) / sizeof(Name[0])

• 数组名是一个右值，可以看做一个常量指针
• 只能用整形常量对数组进行定义，因为要在编译期分配内存
• 只能用整形值作为下标来访问数组元素

1.6 数组的类型

• 数组类型由元素类型和数组大小共同决定
• 数组类型的具体表现形式为 type [N]

    int a[10] = {0};    // arrType: int [10]
    float b[5] = {0};   // arrType: float [5]
    int c[10];          // arrType: int [10]

    int i = 0;
    for(i=0; i<10; i++)
        c[i] = a[i];    // 相同类型数组的“赋值操作”

2、二维数组和多维数组

2.1 二维数组

数组中的元素可以是变量，也可以是其他数组元素（如数组、指针、函数等），当数组中的元素是另一个数组时，就构成了多维数组。
C语言中的二维数组定义：type Name[N1][N2]；二维数组可以看做数学中的矩阵（N1行N2列的矩阵）。

注意：二维数组的本质仍然是一维数组，即：数组中的每一个元素是数组

    int a[3][4];    // 定义一个数组，里面有3个元素
                    // 每个元素的类型是 int [4]

    (a[1])[2] = 2;  // 对第1个数组中的第2个变量赋值

    a[2][3] = 2;    // 对第2个数组中的第3个变量赋值

    a[3][0] = 0;    // error, index out of bound

二维数组的初始化：

    // 1 2 0
    // 4 5 0
    int a[2][3] = {{1, 2}, {4, 5}};

    // 1 2 3
    // 4 0 0
    int a[2][3] = {1, 2, 3, 4};

    // 0 0 0
    // 0 0 0
    int a[2][3] = {0};

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

    // 1 2 3
    // 4
    int a[][3] = {1, 2, 3, 4};  // {{1, 2, 3}, {4}}

注意：

• 二维数组能且仅能让编译器自动确定第一维的大小
• 第二维大小必须显示给定，即：数组元素的类型必须正确合法
  一个一维数组的类型为：type [size]，一维数组的size编译器可以推断，但type必须确定。对于二维数组type [size1][size2]，大小为size1，可以推断，但type必须明确，即type [size2]是必须明确的，所以第二维大小必须确定。

• 第一维大小自动确定的方法：（初始值个数 除以 第二维大小）_向上取整

    int a[][3] = {1, 2, 3, 4};
    int s1 = sizeof(a) / sizeof(a[0]);   // s1 = 2
    int i = 0;
    int j = 0;
  
    for(i=0; i<s1; i++)
    {
        for(j=0; j<3; j++)
        {
            printf("a[%d][%d] = %d\\n", i, j, a[i][j]);
        }
    }

练习题：输出矩阵的转置

    int a[3][3] = {1, 2, 3, 4};
    int i = 0;
    int j = 0;

    int arr[3][3] = {0};
    // 转置
    for(i=0; i<3; i++)
    {
        for(j=0; j<3; j++)
        {
            if(i == j)
                arr[i][j] = a[i][j];  // 对角线上的值不变
            else
            {
                arr[j][i] = a[i][j];  // 其余位置变换
            }

        }
    }

2.2 多维数组

三维数组定义：一个数组，每个元素为一个二维数组

• 语法：type name[n1][n2][n3];

四维数组定义：一个数组，每个元素为一个三维数组

• 语法：type name[n1][n2][n3][n4];

后续以此类推。

3、字符串和字符数组

3.1 字符数组

字符数组是特殊的整数的有序集合（字符的有序集合），字符数组里的每个元素都是char类型的变量，可视化的字符

• 每个整数占用1字节（-128 - 127）
• 可以用字符字面量对数组元素进行初始化和赋值
• 常用来存储可阅读的文本信息

    char a[] = {97, 98, 99};          // 使用整数初始化字符数组
    char b[] = {\'d\', \'.\', \'t\', \'.\'};  // 使用字符字面量初始化字符数组
    int i = 0;

    for(i=0; i<sizeof(a); i++)
        printf("%c ", a[i]);    // a b c
    
    printf("\\n");

    for(i=0; i<sizeof(b); i++)
        printf("%c ", b[i]);    // d . t .

3.2 字符串

字符串的定义：双引号括起来的有序字符集，如"hello"
C语言中：

1. 没有专用的字符串类型
2. 只能通过字符数组来模拟字符串变量
3. 存在字符串字面量，但仅能作为常量使用

因此：

• 字符串变量：使用字符数组来模拟
• 字符串常量：双引号括起来的有序字符集

字符串中的0元素：

• 整数0即字符串中的0元素
• 0元素对应的字符为\'\\0\'（转义字符），转义指的是使用反斜杠\'\\\'转变原来的字符意义，\'0\'字符原来对应的十进制整数值为48，经过转义后，\'\\0\'表示十进制整数0

• \'0\'与\'\\0\'不同，字符\'0\'是一个非0值，对应十进制整数48

  printf("%d\\n", \'0\');   // 48
  printf("%d\\n", \'\\0\');  // 0

3.2.1 “字符串变量”：字符数组

• C语言中通过字符数组来模拟字符串变量
• 当字符数组中存在0元素时，可当做字符串来使用
• 字符数组中的\'\\0\'表示一个字符串的结束

• 字符数组中的元素，不一定是字符串中的元素

  char ss[] = {\'c\', \'c\', \'\\0\', \'j\'};  // ss表示的字符串为"cc"，字符\'j\'在字符数组ss中，
                                      // 但并不是字符串中的内容

• 字符数组可以用字符串常量进行初始化
• 一个字符数组不一定是一个字符串（看是否包含0元素\'\\0\'）；

• 一个字符串一定是一个字符数组

    char dt[] = "abcd";
    char name[] = {"efg"};  // 加不加{}都是等价的
    int ds = sizeof(dt);    // 5
    int ns = sizeof(name);  // 4
  
    printf("dt = %s\\n", dt);    // abcd
    printf("ds = %d\\n", ds);    // 5
    printf("name = %s\\n", name);    // efg
    printf("ns = %d\\n", ns);        // 4

3.2.2 字符串操作

C语言中的“字符串变量”不存在运算操作！
但存在一个字符串“工具包”string.h，提供了一些字符串操作工具，这些工具的本质就是与字符串相关的运算操作。

• strlen(s) -> 获取字符串的长度
• strcpt(s1, s2) -> 将s2中的字符复制到s1，s1 = s2
• strcat(s1, s2) -> 将s2追加到s1后面，s1 = s1 + s2

• strcmp(s1, s2) -> 比较s1和s2是否相等，相等时为0

  #include <stdio.h>      // 声明工具包，要使用里面的输出工具
  #include <string.h>     // 声明工具包，要使用里面的字符串相关工具
  int main()
  {
    char s[10] = "abcd";
    int size = sizeof(s);
  
    int len  = strlen(s);
  
    printf("size = %d\\n", size);    // 10
    printf("len = %d\\n", len);      // 4
    
    char in[16] = {0};
    printf("Input a string: ");
    scanf("%s", in);    // 输入字符串的时候，scanf的参数不再需要取地址符&
    printf("%s\\n", in);
  }

使用字符串工具进行字符串赋值时：

• 必须保证赋值结果的字符数组足够大（防止越界）
• 必须保证参与赋值的字符串必须合法（字符数组存在0元素）

3.2.3 字符串练习

• Demo1：

    char r1[1] = {1};
    int i=0, e=0;
    for(i=0; i<strlen("abcd"); i++)
    {
        e = "abcd"[i];      // 字符串本质是一个字符数组：char anonymous[5] = "abcd";
                            // "abcd"[i]就相当于anonymous[i]
  
                            // 再到后续数组与指针的分析中：数组名代表了数组首元素的地址，
                            // "abcd"代表了这段内存空间的首地址，可以看做一个常量指针
                            // 然后进行指针运算，*(p+i)<==>p[i]，就得到了数组里的每个值
  
        printf("%d ", e);  // 97 98 99 100
    }
  
    strcat(r1, "abcd");         // error，r1中没有0元素，不是个字符串。此时结果未定义
    printf("r1 = %s\\n", r1);    // undefined
    char r2[10] = "";           // r2代表的字符串是""
    strcat(r2, "abcd");         // 将"abcd"追加到r1后面
    printf("r2 = %s\\n", r2);    // abcd

• Demo2：

  char r[2] = {\'a\', \'b\', 0};   // too mant arguments 
                               // 这样写在gcc编译器中可以编译的过，但是有warning的
  printf("sizeof(r) = %d\\n", sizeof(r));  // 2

• Demo3：

  // s的长度是？
  char s[10] = "\\n\\\\\\r";
  
  // 答：题目用一个字符串字面量去初始化一个字符数组，然后问“字符串变量”s的长度是多少，即
  printf("strlen(s) = %d\\n", strlen(s));  // 3，\\n是一个换行符；\\\\是一个反斜杠符\'\\\'；\\r是一个回车符
  
  // 如果问的是s的大小，则应该是sizeof(s) = 10;

• Demo4：

  // 下面的字符串赋值正确的是：
  char str1[] = {"string"};
  char str2[6] = {0};
  char str3[8];
  
  A. strcpy(str1, "Delphi");  // ok，字符串拷贝，也没有越界
  B. strcpy(str1, str3);  // error, undefined, str3不是个字符串（没有包含0元素）
  C. strcpt(str2, str1);  // error, undefined, 越界，str2只有6个字节大小，而str1需要7个字节大小
  D. strcpy(str3, str1);  // ok, 字符串赋值给字符数组

• Demo5：

  // 写demo去掉字符串中的\'\\0\'
    char s[] = {"abcd\\0ef\\0gh"};
    int len = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
    int i = 0;
    while(i < len)
    {
        if(s[i] == 0)
        {
            int j = 0;
            for(j=i+1; j<len; j++)
            {
                s[j-1] = s[j];
            }
            len--;
        }
        else
        {
            i++;
        }
    }
    printf("%s\\n", s);

本文总结自“狄泰软件学院”唐佐林老师《C语言入门课程》。
如有错漏之处，恳请指正。