侯捷 C++ 课程学习笔记：C++数组

Math_teacher_fan

已于 2025-02-05 16:48:15 修改

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分类专栏： C++基础学习文章标签： c++ 学习笔记人工智能算法开发语言

于 2025-02-04 12:05:38 首次发布

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C++数组

C++的优势对比于python的维度点说明

✨前言✨

本系列文章目的在于将C++的基础内容完全夯实，最终目的是为后期的深度学习在算法上有一定的铺垫，前期在学习数学的过程中也会有很大的帮助，相对于python来说C++有自身的优势，文末会有 C++的优势对比于python的维度点说明，所以我这里先写了C++的用法说明，后续会有Python的，各自有各自的优势，我们要根据具体的需求来分析使用哪种语言更为方便，其它的语言暂时不在考虑范畴之内，我们的目标是AI深度学习。

前置环境与代码结构文章：

1、C++环境理解与配置(MinGW)

2、C++的Visual Studio Code运行环境配置

3、头文件与类的声明

📚本篇目标

理解数组的基本概念与内存结构
掌握一维和多维数组的声明、初始化和操作方法
熟悉数组与函数、指针的交互方式
了解标准库容器std::array和std::vector的特性
通过案例实践数组的实际应用场景

🔥重难点说明

重点：数组的声明与遍历、数组与指针的关系、动态内存分配
难点：多维数组的内存布局、函数返回数组的实现、std::vector的动态扩容机制

📖学习正文

一、数组基础概念

什么是数组

数组是相同类型元素的连续内存集合，通过索引访问元素。

声明与初始化

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int arr[5]; // 声明未初始化  
    int scores[] = {90, 85, 78}; // 声明并初始化  
    int nums[3][4] = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} }; // 多维数组初始化
    char vowels[] = {'a', 'e', 'i', 'o', 'u'}; // 字符数组初始化
    string names[] = {"John", "Mary", "Bob"}; // 字符串数组初始化
    int length = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 获取数组长度
    return 0;
}

二、一维数组的使用

访问元素

arr[0] = 10; // 首元素赋值

遍历数组

for (int i = 0; i < 5; i++)  
    cout << arr[i] << " ";

三、数组与函数

数组作为参数

void printArray(int arr[], int size) { /*...*/ }

函数返回数组
需通过指针或容器实现（直接返回数组地址存在风险）。

四、多维数组

二维数组声明

int matrix[3][4] = {
  {1,2,3,4}, {5,6,7,8}};

五、常见操作

查找元素
线性查找或二分查找（需有序）。
排序
冒泡排序示例：

for (int i = 0; i < n-1; i++)  
    for (int j = 0; j < n-i-1; j++)  
        if (arr[j] > arr[j+1]) swap(arr[j], arr[j+1]);

六、数组与指针

关系
数组名是首元素地址：arr == &arr[0]。
动态数组

int* dynamicArr = new int[10];  
delete[] dynamicArr; // 必须手动释放

七、标准库容器

std::array
固定大小，安全替代原生数组：

#include <array>  
std::array<int, 5> myArray;

std::vector
动态扩容：

#include <vector>  
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};  
vec.push_back(4);

八、应用案例

学生成绩系统

用数组存储成绩并计算平均分。

#include <iostream>

int main() {
    // 定义数组大小，假设这里存储 5 个学生的成绩
    const int SIZE = 5;
    // 定义一个数组来存储成绩
    double scores[SIZE];

    // 提示用户输入成绩
    std::cout << "请输入 " << SIZE << " 个学生的成绩：" << std::endl;
    for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {
        std::cout << "请输入第 " << (i + 1) << " 个学生的成绩: ";
        std::cin >> scores[i];
    }

    // 计算成绩总和
    double sum = 0;
    for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {
        sum += scores[i];
    }

    // 计算平均分
    double average = sum / SIZE;

    // 输出平均分
    std::cout << "这 " << SIZE << " 个学生的平均成绩是: " << average << std::endl;

    return 0;
}

图像处理

二维数组表示像素矩阵（如灰度图像）。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>

// 定义图像类
class GrayscaleImage {
private:
    int width;
    int height;
    std::vector<std::vector<int>> pixels;

public:
    // 构造函数，初始化图像
    GrayscaleImage(int w, int h) : width(w), height(h) {
        pixels.resize(height, std::vector<int>(width, 0));
    }

    // 模拟读取图像
    void readImage() {
        std::cout << "请输入 " << height << "x" << width << " 的灰度图像像素值（范围 0 - 255）：" << std::endl;
        for (int y = 0; y < height; ++y) {
            for (int x = 0; x < width; ++x) {
                std::cin >> pixels[y][x];
                // 确保像素值在 0 - 255 范围内
                pixels[y][x] = std::max(0, std::min(255, pixels[y][x]));
            }
        }
    }

    // 显示图像
    void displayImage() {
        std::cout << "当前图像的像素矩阵：" << std::endl;
        for (int y = 0; y < height; ++y) {
            for (int x = 0; x < width; ++x) {
                std::cout << pixels[y][x] << " ";
            }
            std::cout << std::endl;
        }
    }

    // 灰度反转处理
    void invertImage() {
        for (int y = 0; y < height; ++y) {
            for (int x = 0; x < width; ++x) {
                pixels[y][x] = 255 - pixels[y][x];
            }
        }
    }

    // 模拟保存图像
    void saveImage(const std::string& filename) {
        std::ofstream outFile(filename);
        if (outFile.is_open()) {
            for (int y = 0; y < height; ++y) {
                for (int x = 0; x < width; ++x) {
                    outFile << pixels[y][x] << " ";
                }
                outFile << std::endl;
            }
            outFile.close();
            std::cout << "图像已保存到 " << filename << std::endl;
        } else {
            std::cerr << "无法打开文件 " << filename << " 进行保存。" << std::endl;
        }
    }
};

int main() {
    // 定义图像的宽度和高度
    int width = 3;
    int height = 3;

    // 创建灰度图像对象
    GrayscaleImage image(width, height);

    // 读取图像
    image.readImage();

    // 显示原始图像
    std::cout << "原始图像：" << std::endl;
    image.displayImage();

    // 进行灰度反转处理
    image.invertImage();

    // 显示处理后的图像
    std::cout << "灰度反转后的图像：" << std::endl;
    image.displayImage();

    // 保存处理后的图像
    image.saveImage("output_image.txt");

    return 0;
}