【c语言】数组

简介: 本文介绍了数组的基本概念及一维和二维数组的创建、初始化、使用方法及其在内存中的存储形式。一维数组通过下标访问元素,支持初始化和动态输入输出。二维数组则通过行和列的下标访问元素,同样支持初始化和动态输入输出。此外,还简要介绍了C99标准中的变长数组,允许在运行时根据变量创建数组,但不能初始化。

一、数组的概念

       所谓数组,就是一组相同元素所构成的集合。从这里可以看出,首先数组中的元素,它们的类型是相同的,其次数组可以存放1个或者多个数据,但是数组的大小不能为0。


       数组可以分为一维数组和多维数组,在多维数组当中,二维数组比较常用。


二、一维数组

1.一维数组的创建

一维数组创建的语法如下:


(数据类型) (数组名)[ (元素个数)];


其中数据类型指的是数组中元素的数据类型,可以是int,short,float,char等等。


数组名就像是数据类型名一样,可以根据实际情况命名。


元素个数是在数组创建时确定这个数组当中存放多少个元素。注意:这个元素个数是常量值

int arr[10];
char str[20];
double a[5];

2.一维数组的初始化

       在数组创建好之后,有时会给其一些初始值,这就叫做初始化。初始化的方法:将数据写入大括号,用逗号分隔。

//完全初始化,就是将数组中所有的元素都进行赋值
int arr[5]={1,2,3,4,5};
 
//不完全初始化,未赋值的数据默认赋值尾0
int arr[10]={1};
 
//错误的初始化方式(赋值的数量超过了数组元素个数)
int arr[3]={1,2,3,4};

当然,数组的元素个数也可以省略。

int arr[]={1,2,3,4,5};

3.数组的类型

       之前我们使用不同数据类型创建数组,例如int,short,float,char。注意:这些指的是数组中的元素的类型,而不是数组的类型。一般来讲,得到数据类型的方式是去掉元素名,剩下的就是它的类型

int arr[10];//该数组的数据类型是int [10]
 
char str[20];//该数组的数据类型是char [20]
 
double a[5];//该数组的数据类型是double [5]

4.一维数组的基本使用

       在了解了一维数组的基本语法之后,我们就该了解如何使用它了。数组既然是一组相同类型数据所组成的集合,那么就可以对这个集合当中的数据进行处理。而处理数据是通过下标实现的。


4.1 数组的下标

       数组的下标就相当于数列的下标,相当于其中元素的编号。注意:这个下标是从0开始的,假设一个数组中有n个元素,那它最后一个元素的下标就是n-1


对于一维数组int arr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}:



       为了能够使用下标操作数据,c语言提供了一种操作符:[],叫做下标引用操作符


有了它,我们就可以轻松访问数组中的元素了。例如:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    printf("%d\n", arr[0]);
    printf("%d\n", arr[6]);
    return 0;
}

程序输出了下标对应的元素:1和7。这里的数组名与下标引用操作符结合,就表示数组的元素。


4.2 打印数组的所有元素

       实现打印数组的所有元素,只需要产生数组所有元素的下标,再通过下标引用即可。代码示例:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}

运行结果:



上述代码中,我们创建了一个变量i作为数组的下标,然后使用for循环,产生0~9,再结合下标引用就实现了数组元素的打印。


4.3 输入元素到数组中

       既然数组元素能够输出,那么也可以输入。我们继续使用for循环输入元素:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int arr[10];
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        scanf("%d ", &arr[i]);
    }
    return 0;
}

5.一维数组在内存中的存储形式

       为了深入理解数组,让我们了解一下一维数组在内存中的存储形式。

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%p\n", &arr[i]);
    }
    return 0;
}


可以看出,相邻两个地址之间相差4。由于这是一个整形数组,整形所占内存空间就是4个字节,所以说明数组中的元素在内存中是由低到高连续存放的。



6.使用sizeof计算数组中的元素个数

       为了保证程序的健壮性,当我们需要使用数组中的元素个数时,即便我们知道有多少元素,但通常会使用sizeof来计算出数组中的元素个数。它的表示方法:


int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);


其中,sizeof(arr)表示的是整个数组的内存大小,sizeof(arr[0])表示数组第一个元素的内存大小,将它们相除就得到数组的元素个数了。


       这样,如果在代码中要修改数组的元素个数,其他部分就无需逐一修改。


三、二维数组

       之前我们学习的是一维数组,数组的元素都是整形、浮点型等等,而如果将一个数组作为另一个数组的元素,二维数组就出现了。


以下是二维数组的图形化表示:



这个数组可以认为有三行,每行有五个元素。


1.二维数组的创建

       二维数组的创建方法如下:


(数据类型) (数组名)[ 常量1 ] [ 常量2 ];


以之前的二维数组为例:

int arr[3][5];

这里的3和5分别表示行数和列数,其余都与一维数组相同。


2.二维数组的初始化

//不完全初始化
int arr[3][5]={0};
int arr[3][5]={1,2,3};
 
//完全初始化
int arr[3][5]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}
int arr[3][5]={{1,2,3,4,5},{1,2,3,4,5},{1,2,3,4,5}}
 
//只初始化第一列
int arr[3][5]={{1},{2},{3}}

二维数组初始化时,可以省略行,但不能省略列。

int arr[3][]={1,2,3,4,5};

以上代码就是错误的。


3.二维数组的使用

3.1 二维数组的下标

       二维数组元素的访问也是运用下标的方式。因为二维数组有行和列,所以只要锁定了行和列的下标,就可以访问二维数组的某个元素。注意:二维数组的行和列的下标都是从0开始的



例如我们要打印这个二维数组中的“9”:

printf("%d", arr[1][3]);

arr[1][3]表示第一行第三列的元素。


3.2 二维数组的输入和输出

了解了输出二维数组中的一个元素之后,让我们完成整个二维数组的输入和输出:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int arr[3][5] = { 0 };
    int i = 0;
    int j = 0;
    for (i = 0; i < 3; i++)//产生行号
    {
        for (j = 0; j < 5; j++)//产生列号
        {
            scanf("%d", &arr[i][j]);
        }
    }
    for (i = 0; i < 3; i++)//产生行号
    {
        for (j = 0; j < 5; j++)//产生列号
        {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

运行结果:



程序通过嵌套循环的方式,产生所有行号和列号的组合,因此达到遍历二维数组的效果。


3.3 二维数组在内存中的存储形式

       和一维数组一样,我们首先打印每一个元素的地址:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int arr[3][5] = { 0 };
    int i = 0;
    int j = 0;
    for (i = 0; i < 3; i++)
    {
        for (j = 0; j < 5; j++)
        {
            printf("%p\n", &arr[i][j]);
        }
    }
    return 0;
}

运行结果:



可以看出,二维数组每个元素的内存也是由低到高连续存放的。


       这说明其实在内存当中,二维数组并非是以“行”“列”的形式排列,只是我们使用的时候将其想象为一个有行数和列数的矩阵。拿一个三行五列的二维数组为例:



这就是真实的存储形式。我们可以将二维数组看成一个有三个元素的数组,每个元素是一个数组,这个数组有五个整型。二维数组的三个元素的元素名分别为arr[0],arr[1],arr[2]


四、变长数组

       在C99标准之前,数组创建时的元素个数只能是一个常量,这导致数组创建之后,如果过大则会浪费空间,过小又不够用。而C99中加入了一个新的概念--变长数组,它允许创建数组时所设置的元素个数为一个变量。例如:

int n=0;
scanf("%d",&n);
int arr[n];

这样输入n值,就能创建一个存放n个元素的数组。不过编译器事先无法知晓数组的真实大小,所以这个数组就在运行时才创建,所以变长数组不能初始化。它使得程序开发的时候创建数组的长度精确,防止出现空间浪费的现象。


       不过,所谓“变长数组”并非真正意义上的“变长”,它在创建好之后大小仍然是不可变的。目前VS2022虽然支持大部分C99的语法,但是无法支持变长数组。

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