7.C 数组

C 数组

C 语言支持数组数据结构，它可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合。数组是用来存储一系列数据，但它往往被认为是一系列相同类型的变量。

所有的数组都是由连续的内存位置组成。最低的地址对应第一个元素，最高的地址对应最后一个元素。

数组中的特定元素可以通过索引访问，第一个索引值为 0。

1.一维数组

1.声明数组

在 C 中要声明一个数组，需要指定元素的类型和元素的数量，如下所示：

type arrayName [ arraySize ];

这叫做一维数组。arraySize 必须是一个大于零的整数常量，type 可以是任意有效的 C 数据类型。

2.初始化数组

在 C 中，可以逐个初始化数组，也可以使用一个初始化语句，如下所示：

double balance[5] = {1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0};

大括号 { } 之间的值的数目不能大于我们在数组声明时在方括号 [ ] 中指定的元素数目。

如果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。因此：

double balance[] = {1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0};

3.访问数组元素

数组元素可以通过数组名称加索引进行访问。元素的索引是放在方括号内，跟在数组名称的后边。

double salary = balance[9];

4.获取数组大小和长度

数组长度可以使用 sizeof 运算符来获取数组的长度，例如：

int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int size = sizeof(numbers);
int length = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);

5.数组名

在 C 语言中，数组名表示数组的地址，即数组首元素的地址。当我们在声明和定义一个数组时，该数组名就代表着该数组的地址。例如，在以下代码中：

int myArray[5] = {10, 20, 30, 40, 50};

在这里，myArray 是数组名，它表示整数类型的数组，包含 5 个元素。myArray 也代表着数组的地址，即第一个元素的地址。

数组名本身是一个常量指针，意味着它的值是不能被改变的，一旦确定，就不能再指向其他地方。

我们可以使用&运算符来获取数组的地址，如下所示：

int myArray[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *ptr = &myArray[0]; // 或者直接写作 int *ptr = myArray;

在上面的例子中，ptr 指针变量被初始化为 myArray 的地址，即数组的第一个元素的地址。

需要注意的是，虽然数组名表示数组的地址，但在大多数情况下，数组名会自动转换为指向数组首元素的指针。这意味着可以直接将数组名用于指针运算，例如在函数传递参数或遍历数组时：

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*
  }
}

int main() {
  int myArray[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
  printArray(myArray, 5); *// 将数组名传递给函数*
  return 0;
}

2.多维数组

C 语言支持多维数组。多维数组声明的一般形式如下：

type name[size1][size2]...[sizeN];

例如，下面的声明创建了一个三维 5 . 10 . 4 整型数组：

int threedim[5][10][4];

1.二维数组

多维数组最简单的形式是二维数组。一个二维数组，在本质上，是一个一维数组的列表。声明一个 x 行 y 列的二维整型数组，形式如下：

type arrayName [ x ][ y ];

其中，type 可以是任意有效的 C 数据类型，arrayName 是一个有效的 C 标识符。一个二维数组可以被认为是一个带有 x 行和 y 列的表格。下面是一个二维数组，包含 3 行和 4 列：

int x[3][4];

因此，数组中的每个元素是使用形式为 a[ i , j ] 的元素名称来标识的，其中 a 是数组名称，i 和 j 是唯一标识 a 中每个元素的下标。二维数组在逻辑上是方阵，由行和列组成。但是二维数组在物理上是线性的，按行来依次进行存放，内存是连续的。

2.初始化二维数组

多维数组可以通过在括号内为每行指定值来进行初始化。下面是一个带有 3 行 4 列的数组。

int a[3][4] = {  
 {0, 1, 2, 3} ,   /*  初始化索引号为 0 的行 */
 {4, 5, 6, 7} ,   /*  初始化索引号为 1 的行 */
 {8, 9, 10, 11}   /*  初始化索引号为 2 的行 */
};

内部嵌套的括号是可选的，下面的初始化与上面是等同的：

int a[3][4] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};

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

3.访问二维数组元素

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：

int val = a[2][3];

3.传递数组给函数

如果想要在函数中传递一个一维数组作为参数，必须以下面三种方式来声明函数形式参数，这三种声明方式的结果是一样的，因为每种方式都会告诉编译器将要接收一个整型指针。

1.方式 1

形式参数是一个指针

void myFunction(int *param)
{
.
.
.
}

2.方式 2

形式参数是一个已定义大小的数组：

void myFunction(int param[10])
{
.
.
.
}

3.方式 3

形式参数是一个未定义大小的数组：

void myFunction(int param[])
{
.
.
.
}

二维数组传递给函数

如果我们想将二维数组作为实参传递给某个函数，如下代码是有问题的:

double * MatrixMultiple(double a[][], double b[][]);

原因可以简单理解为：编译器并没有那么高级，在二维以上的数组一定要规定一个最高维数:

double * MatrixMultiple(double a[][2], double b[][3]);  /* 这才是正确的 */

4.指向数组的指针

数组名是一个指向数组中第一个元素的常量指针。因此，在下面的声明中：

double balance[50];

balance 是一个指向 &balance[0] 的指针，即数组 balance 的第一个元素的地址。因此，下面的程序片段把 p 赋值为 balance 的第一个元素的地址：

double *p;
double balance[10];

p = balance;

使用数组名作为常量指针是合法的，反之亦然。因此，*(balance + 4) 是一种访问 balance[4] 数据的合法方式。

指针与数组名的区别

指针：也是一个变量，存储的数据是地址。

数组名：代表的是该数组最开始的一个元素的地址。

int a[10];
int *p;
p = &a[0] // 可以写成 p = a;

• 对数组元素 a[i]的引用也可以写成*(a+i)这种形式。
• 赋值语句 p=&a[0] 也可以写成下列形式: p=a。
• p 是个指针，p[i]与*(p+i)是等价的。

区别：指针是一个变量，可以进行数值运算。数组名不是变量，不可以进行数值运算。

5.从函数返回数组

C 语言不允许返回一个完整的数组作为函数的参数。但是可以通过指定不带索引的数组名来返回一个指向数组的指针。

如果想要从函数返回一个一维数组，必须声明一个返回指针的函数

int * myFunction()
{
.
.
.
}

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。

6.字符数组（字符串）

字符串是一种非常重要的数据类型，但是C语言不存在显式的字符串类型，C语言中的字符串都以字符串常量的形式出现或存储在字符数组中。同时，C 语言提供了一系列库函数来对操作字符串，这些库函数都包含在头文件 string.h 中。

字符串常量可以为空，如""就是一个空的字符串常量，但是即使为空，还是存在一个终止符 NUL 的。（在 C 语言中，常用转义字符 \0 来表示 NUL），字符串实际上是使用空字符 \0 结尾的一维字符数组。

空字符（Null character）又称结束符，缩写 NUL，是一个数值为 0 的控制字符，\0 是转义字符，意思是告诉编译器，这不是字符 0，而是空字符。

C 中有大量操作字符串的函数：

序号	函数 & 目的
1	strcpy(s1, s2); 复制字符串 s2 到字符串 s1。
2	strcat(s1, s2); 连接字符串 s2 到字符串 s1 的末尾。
3	strlen(s1); 返回字符串 s1 的长度。
4	strcmp(s1, s2); 如果 s1 和 s2 是相同的，则返回 0；如果 s1<s2 则返回小于 0；如果 s1>s2 则返回大于 0。
5	strchr(s1, ch); 返回一个指针，指向字符串 s1 中字符 ch 的第一次出现的位置。
6	strstr(s1, s2); 返回一个指针，指向字符串 s1 中字符串 s2 的第一次出现的位置。

7.静态数组与动态数组

在 C 语言中，有两种类型的数组：

• 静态数组：编译时分配内存，大小固定。
• 动态数组：运行时手动分配内存，大小可变。

静态数组的生命周期与作用域相关，而动态数组的生命周期由程序员控制。

在使用动态数组时，需要注意合理地分配和释放内存，以避免内存泄漏和访问无效内存的问题。

1.静态数组

静态数组是在编译时声明并分配内存空间的数组。

静态数组具有固定的大小，在声明数组时需要指定数组的长度。

静态数组的特点包括：

• 内存分配：在程序编译时，静态数组的内存空间就被分配好了，存储在栈上或者全局数据区。
• 大小固定：静态数组的大小在声明时确定，并且无法在运行时改变。
• 生命周期：静态数组的生命周期与其作用域相关。如果在函数内部声明静态数组，其生命周期为整个函数执行期间；如果在函数外部声明静态数组，其生命周期为整个程序的执行期间。

静态数组的声明和初始化示例：

int staticArray[5]; // 静态数组声明
int staticArray[] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 静态数组声明并初始化

对于静态数组，可以使用 sizeof 运算符来获取数组长度，例如：

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

以上代码中 sizeof(array) 返回整个数组所占用的字节数，而 sizeof(array[0]) 返回数组中单个元素的字节数，将两者相除，就得到了数组的长度。

2.动态数组

动态数组是在运行时通过动态内存分配函数（如 malloc 和 calloc）手动分配内存的数组。

动态数组特点如下：

• 内存分配：动态数组的内存空间在运行时通过动态内存分配函数手动分配，并存储在堆上。需要使用 malloc、calloc 等函数来申请内存，并使用 free 函数来释放内存。
• 大小可变：动态数组的大小在运行时可以根据需要进行调整。可以使用 realloc 函数来重新分配内存，并改变数组的大小。
• 生命周期：动态数组的生命周期由程序员控制。需要在使用完数组后手动释放内存，以避免内存泄漏。

动态数组的声明、内存分配和释放实例：

int size = 5;
int *dynamicArray = (int *)malloc(size * sizeof(int)); // 动态数组内存分配
// 使用动态数组
free(dynamicArray); // 动态数组内存释放

动态分配的数组，可以在动态分配内存时保存数组长度，并在需要时使用该长度，例如：

int size = 5; // 数组长度
int *array = malloc(size * sizeof(int));

// 使用数组

free(array); // 释放内存

以上代码我们使用 malloc 函数动态分配了一个整型数组，并将长度保存在变量 size 中。然后可以根据需要使用这个长度进行操作，在使用完数组后，使用 free 函数释放内存。