实验 4_C语言数组应用编程

一、实验目的

1. 能正确使用C语法规则定义、初始化、访问、输入/输出一维/二维数组

2. 能正确使用数组作为函数参数

3. 针对具体问题场景，能灵活用数组组织数据，应用、设计算法编程解决实际问题

二、实验过程

Task1：一维、二维数组的地址

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 4
#define M 2

void test1() {
    int x[N] = {1, 9, 8, 4};          
    int i;

    // 输出数组x占用的内存字节数
    printf("sizeof(x) = %d\n", sizeof(x));

    // 输出每个元素的地址、值 
    for (i = 0; i < N; ++i)
        printf("%p: %d\n", &x[i], x[i]);

    // 输出数组名x对应的值 
    printf("x = %p\n", x); 
}

void test2() {
    int x[M][N] = {{1, 9, 8, 4}, {2, 0, 4, 9}};
    int i, j;

    // 输出二维数组x占用的内存字节数
    printf("sizeof(x) = %d\n", sizeof(x));

    // 输出每个元素的地址、值 
    for (i = 0; i < M; ++i)
        for (j = 0; j < N; ++j)
            printf("%p: %d\n", &x[i][j], x[i][j]);
    printf("\n");

    // 输出二维数组名x, 以及，x[0], x[1]的值
    printf("x = %p\n", x);
    printf("x[0] = %p\n", x[0]);
    printf("x[1] = %p\n", x[1]);
    printf("\n");
}

int main() {
    printf("测试1: int型一维数组\n");
    test1();

    printf("\n测试2: int型二维数组\n");
    test2();

    return 0;
}

运行结果：

问题回答：

问题 1 ： int 型一维数组 x ，在内存中是否是连续存放的？数组名 x 对应的值，和 &x[0] 是⼀样的吗？

答：是连续存放的。数组名 x 对应的值和数组的首地址 &x[0] 是⼀样的。

问题 2 ： int 型⼆维数组 x ，在内存中是否是 " 按行连续存放 " 的？数组名 x 的值、x[0] 、 &x[0][0] ，其值，在字面上，是⼀样的吗？ x[0] 和 x[1] 相差多少？你能猜测 / 推断出这个差值的意义吗？

答：int 型⼆维数组 x 在内存中是 " 按行连续存放 " 的。

x：表示二维数组的起始位置，即指向第一行的地址。x[0]：表示第一行的起始位置，即指向 x[0][0] 的地址。&x[0][0]：表示第一行第一列元素的地址。因此，从概念上讲，x 和 x[0]、&x[0][0] 在字面上是相同的，内容都是第一行第一个元素的地址。

x[0] 和 x[1]之间的差值是N * sizeof(int)（即在上面的示例中是 4 * sizeof(int)，假设 sizeof(int) 是 4 字节，结果是 4*4=16 字节）。在内存中，第二行的起始地址距离第一行的起始地址相隔 N 个 int 类型的大小的字节。

这个距离表明了二维数组的行数和列数是如何在内存中布局的。具体来说，一个二维数组的行数在内存中是连续存放的，且每行的元素数量决定了后续行的起始地址。差值确保了数组能够被有效地按行索引和访问。

Task2：验证一维数组作为函数形参的用法

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 100

// 函数声明
void input(int x[], int n);
double compute(int x[], int n);

int main() {
    int x[N];
    int n, i;
    double ans;

    while (printf("Enter n: "), scanf_s("%d", &n) != EOF) {
        input(x, n);            // 函数调用
        ans = compute(x, n);    // 函数调用
        printf("ans = %.2f\n\n", ans);
    }

    return 0;
}

// 函数定义
void input(int x[], int n) {
    int i;

    for (i = 0; i < n; ++i)
        scanf_s("%d", &x[i]);
}

// 函数定义
double compute(int x[], int n) {
    int i, high, low;
    double ans;

    high = low = x[0];
    ans = 0;

    for (i = 0; i < n; ++i) {
        ans += x[i];

        if (x[i] > high)
            high = x[i];
        else if (x[i] < low)
            low = x[i];
    }

    ans = (ans - high - low) / (n - 2);

    return ans;
}

运行结果：

问题回答：

观察：⼀维数组作为形参时，其书写形式？实参的书写形式？

答：形参的书写形式：在函数声明或定义中，一维数组形参写作 int x[] ，表示传入一个整型数组。

实参的书写形式：调用函数时，直接传入数组名即可。例如：input(x, n); 这里 x 是数组名，表示数组在内存中首元素的地址。

问题：函数 input 的功能是？函数 compute 的功能是？

答：input 的功能是从标准输入读取 n 个整数，依次存入数组 x 中。函数 compute 的功能是计算数组 x 中所有元素的总和 ans，同时找出最大值 high 和最小值 low，然后去掉最大值和最小值再计算剩余元素的平均值，并返回这个平均数。

Task3：验证二维数组作为函数形参的用法

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 100
// 函数声明
void output(int x[][N], int n);
void init(int x[][N], int n, int value);
int main() {
    int x[N][N];
    int n, value;
    while (printf("Enter n and value: "), scanf_s("%d%d", &n, &value) != EOF) {
        init(x, n, value);  // 函数调用
        output(x, n);
        printf("\n");
    }
    return 0;
}
// 函数调用
// 函数定义
void output(int x[][N], int n) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        for (j = 0; j < n; ++j)
            printf("%d ", x[i][j]);
        printf("\n");
    }
}
// 函数定义
void init(int x[][N], int n, int value) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        for (j = 0; j < n; ++j)
            x[i][j] = value;
}

运行结果：

问题回答：

观察：两维数组作为函数形参时，形参的书写形式？实参的书写形式？

答：形参写法：函数形参声明时，对于二维数组，如 int x[][N]，必须明确第二维的大小N，而第一维可以省略。实参写法：实参传递时就是普通的二维数组变量名，如x，不加任何维度大小。

问题1：两维数组作为函数形参时，哪⼀维的⼤⼩不能省略？

答：答：第二维的大小不能省略。因为C语言编译器需要知道每行的长度，从而正确计算地址偏移。第一维大小可以省略（通常用指向数组的指针代替）。

问题2：函数output功能是？函数init的功能是？

答：函数output功能是输出一个 n x n 的二维数组 x，逐行打印其中的元素。函数init的功能是初始化一个 n x n 的二维数组 x，将所有元素赋值为value。

Task4：计算⼀组数据中值

源代码：

#include <stdio.h>  
#define N 100  

// 函数声明  
void input(int x[], int n);
double median(int x[], int n);

int main() {
    int x[N];
    int n;
    double ans;
    while (printf("Enter n: "), scanf_s("%d", &n) != EOF) {
        input(x, n);            // 读取数据  
        ans = median(x, n);     // 计算中值  
        printf("ans = %g\n\n", ans);
    }
    return 0;
}

// 从键盘读入n个整数到数组x  
void input(int x[], int n) {
    int i;
    printf("Enter %d numbers: ", n);
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        scanf_s("%d", &x[i]);
    }
}

// 计算中值，先对数组排序，再计算中位数  
double median(int x[], int n) {
    int i, j, temp;
    // 简单冒泡排序
    for (i = 0; i < n - 1; ++i) {
        for (j = 0; j < n - 1 - i; ++j) {
            if (x[j] > x[j + 1]) {
                temp = x[j];
                x[j] = x[j + 1];
                x[j + 1] = temp;
            }
        }
    }

    // 计算中值  
    if (n % 2 == 1) {
        // 奇数个数 - 中间那个数  
        return x[n / 2];
    }
    else {
        // 偶数个数 - 取中间两个数的均值  
        return (x[n / 2 - 1] + x[n / 2]) / 2.0;
    }
}

运行结果：

 Task5：实现数值阵列处理

源代码：

#include <stdio.h>  
#define N 100  

// 函数声明  
void input(int x[][N], int n);
void output(int x[][N], int n);
void rotate_to_right(int x[][N], int n);  // 补充声明  

int main() {
    int x[N][N];
    int n;
    printf("Enter n: ");
    scanf_s("%d", &n);

    input(x, n);

    printf("原始矩阵:\n");
    output(x, n);

    rotate_to_right(x, n);  // 调用按列右移函数  

    printf("变换后矩阵:\n");
    output(x, n);

    return 0;
}

// 输入函数定义  
void input(int x[][N], int n) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        for (j = 0; j < n; ++j)
            scanf_s("%d", &x[i][j]);
    }
}

// 输出函数定义  
void output(int x[][N], int n) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < n; ++i) {
        for (j = 0; j < n; ++j)
            printf("%4d", x[i][j]);
        printf("\n");
    }
}

// rotate_to_right函数定义  
void rotate_to_right(int x[][N], int n) {
    int i, j;
    int last_col[N];

    // 先保存最右边一列  
    for (i = 0; i < n; i++)
        last_col[i] = x[i][n - 1];

    // 每列元素右移一列  
    for (j = n - 1; j > 0; j--) {
        for (i = 0; i < n; i++) {
            x[i][j] = x[i][j - 1];
        }
    }

    // 最左边列赋值为保存的最右边列  
    for (i = 0; i < n; i++) {
        x[i][0] = last_col[i];
    }
}

运行结果：

 Task6：进制转换

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 100

void dec_to_n(int x, int n); // 函数声明

int main() {
    int x;
    
    while (printf("输入十进制整数: "), scanf_s("%d", &x) != EOF) {
        dec_to_n(x, 2);  // 函数调用: 把x转换成二进制输出
        dec_to_n(x, 8);  // 函数调用: 把x转换成八进制输出
        dec_to_n(x, 16); // 函数调用: 把x转换成十六进制输出
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

// 函数定义
// 功能: 把十进制数x转换成n进制，打印输出
void dec_to_n(int x, int n) {
    char map[]= "0123456789ABCDEF"; //制作转换所需的字符表
    char exchange[N]; //保存转换后的字符串  
    int d, r; //商和余数
    int cnt = 0; //计数余数的个数

    // 使用除法和取余法进行进制转换  
    while (1) {
        r = x % n; //计算余数
        d = x / n; //计算商
        exchange[cnt++] = map[r]; //一一映射关系

        if (d == 0)
            break;

        x = d; //把商作为新的被除数
    }

    // 把计算出来的余数逆序输出  
    for (--cnt;cnt >= 0;--cnt) {
        printf("%c", exchange[cnt]); //输出字符  
    }

    printf("\n"); //在不同进制之间换行
}

运行结果：

 三、实验心得

在使用AI辅助编程练习的过程中，需要学习如何prompt，可以输入更好的算法，以实现高质量的人机对话。