C语言数组

注意：
部分代码Gitee链接（可点击自取）

1. 数组的概念

数组是一组相同类型元素的集合；即：
• 数组中存放1个或者多个数据，但数组元素个数不能为0。
• 数组中存放多个数据，类型是相同的。
数组分为一维数组与多维数组，多维数组一般常见的是二维数组。

2. 一维数组的创建和初始化

2.1 数组的创建

语法形式：

type arr_name[常量值];

存放在数组里面值被称为数组的元素，数组在创建时可以指定数组的大小和数组的元素类型。
• type 指定的是数组中存放数据的类型，可以是： char、short、int、float 等，也可以是自
定义的类型。
• arr_name 指的是数组名的名字，这个名字由自己来起。
• [] 中的常量值是用来指定数组的大小的，这个数组的大小是根据实际的需求来指定。

举例：
存储某个班级20人的数学成绩：

int math[20];

也可以根据需要创建其他类型和大小的数组：

char ch[8];
double score[10];

2.2 数组的边界

在使用数组时，要防止数组下标超出边界。也就是说，必须确保下标是有效值。例如，假设有下面声明：

int doofi[20];

那么在使用该数组时，要确保程序中使用的数组下标在0~19的范围内，因为编译器不会检查出这种错误（一些编译器会发出警告，然后继续执行）。
在C标准中，使用越界下标的结果是未定义的。这意味这程序看上去可以运行，但是运行结果很奇怪，或异常中断。

2.3 数组的初始化

数组在创建的时候，给定一些初始值，称为数组的初始化。
数组的初始化一般将数据放在大括号中。
举例：

//完全初始化
int arr[5] = {1,2,3,4,5};
//不完全初始化
int arr2[6] = {1};//第一个元素初始化为1，剩余的元素默认初始化为0
//错误的初始化 - 初始化项太多
int arr3[3] = {1, 2, 3, 4};

注意：有时需要把数组设置为只读。这样，程序只能从数组中检索值，不能把新值写入数组。要创建只读数组，应该用const声明和初始化数组。
举例：

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

2.4 指定初始化器（C99）

C99增加了一个新特性：指定初始化器（designated initializer）。利用该特性可以初始化指定的数组元素。

举例：
只初始化数组中的最后一位元素。

//传统的语法
int arr[6] = {0, 0, 0, 0, 0, 213};
//C99语法
int arr[6] = {[5] = 213};//把arr[5]初始化为213

2.5 数组的类型

数组也有类型，数组算是一种自定义类型，去掉数组名留下的就是数组的类型。
如下：

int arr1[10];
int arr2[12];
char ch[5];

arr1数组的类型是 int [10]
arr2数组的类型是 int [12]
ch 数组的类型是 char [5]

3. 一维数组的使用

学习了一维数组的基本语法，一维数组可以存放数据，存放数据的目的是对数据进行操作，那如何使用一维数组？

3.1 数组下标

C语言规定数组下标从0开始，若数组有n个元素，则最后一个元素下标是n-1。下标就相当于数组元素的编号，如下：

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

在C语言中数组的访问提供了一个操作符 [ ] ，这个操作符叫：下标引用操作符。
有了下标访问操作符，我们就可以轻松的访问到数组的元素了，比如我们访问下标为7的元素，我们就可以使用 arr[7] ，想要访问下标是3的元素，就可以使用 arr[3] 。
举例：

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

运行结果：

3.2 数组元素的打印

如果要访问整个数组的内容，只需要产生数组中所有元素的下标即可。这里用for循环产生0~9的下标，接下来直接使用下标访问。
如下代码：

#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;
}

3.3 数组的输入

我们也可以根据需求，自己给数组输入想要的数据，如下：

#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++)
 	{
 		scanf("%d", &arr[i]);
 	}
 	for(i=0; i<10; i++)
 	{
 		printf("%d ", arr[i]);
 	}
 	return 0;
}

运行结果：

4. 一维数组在内存中的存储

如果我们要深入了解数组，就需要了解一下数组在内存中的存储了。
这里我们依次打印数组元素的地址，代码如下：

#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("&arr[%d] = %p\n", i, &arr[i]);
 	}
 	return 0;
}

输出结果：

从输出的结果分析，数组随着下标的增长，地址是由小到大变化的，并且每两个相邻的
元素之间相差4（因为一个整型是4个字节）。所以得出结论：数组在内存中是连续存放的。

5. sizeof计算数组元素个数

在遍历数组的时候，C语言提供了计算数组元素个数的方法，可以使用 sizeof 计算数组元素个数。
C语言中sizeof是一个关键字，可以计算类型或者变量大小，也可以计算数组的大小。

例如：

#include <stido.h>
int main()
{
 	int arr[10] = {0};
 	printf("%d\n", sizeof(arr));
 	return 0;
}

这里输出的结果是40，计算的是数组所占内存空间的总大小，单位是字节。

数组中所有元素的类型都是相同的，只要计算出一个元素所占字节的个数，数组的元素
个数就能算出来。

#include <stido.h>
int main()
{
 	int arr[10] = {0};
 	printf("%d\n", sizeof(arr[0]));//计算一个元素的大小，单位是字节
 	return 0;
}

接下来就能计算出数组的元素个数：

#include <stido.h>
int main()
{
 	int arr[10] = {0};
 	int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//计算数组元素的个数
 	printf("%d\n", sz);
 	return 0;
}

这里的结果是：10，表示数组有10个元素。

6. 二维数组的创建

6.1 二维数组得概念

以上介绍的数组被称为一维数组，数组的元素都是内置类型的，如果把一维数组做为数组的元素，这时候就是二维数组，把二维数组作为数组元素的数组被称为三维数组，二维以上的数组统称为多维数组。

6.2 二维数组的创建

语法如下：

type arr_name[常量值1][常量值2]；
//例如：
int arr[3][5];
double data[2][8];

解释：
• 3表示数组有3行。
• 5表示每一行有5个元素。
• int 表示数组的每个元素是整型类型。
• arr 是数组名，可以根据自己的需要指。
data数组意思基本一致。

7. 二维数组的初始化

在创建变量或者数组的时候，给定一些初始值，被称为初始化。
二维数组像一维数组一样，也是使用大括号初始化。

7.1 不完全初始化

int arr1[3][5] = {1,2};//初始化了第0行前两个元素
int arr2[3][5] = {0};//

7.2 完全初始化

int arr3[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};

7.3 按照行初始化

int arr4[3][5] = {{1,2},{3,4},{5,6}};

7.4 初始化时省略行，但是不能省略列

int arr5[][5] = {1,2,3};
int arr6[][5] = {1,2,3,4,5,6,7};
int arr7[][5] = {{1,2}, {3,4}, {5,6}};

8. 二维数组的使用

8.1 二维数组的下标

二维数组访问也是使用下标的形式的，二维数组是有行和列的，只要锁定了行和列就能锁定数组中的一个元素。
C语言规定，而维数组的行是从0开始的，列也是从0开始的，如下所示：

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

图中最左侧蓝色的数字表示行号，第一行蓝色的数字表示列号，都是从0开始的。如果想找第2行，第4列，快速就能定位出7。如下：

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

8.2 二维数组的输入和输出

只要能够按照一定的规律产生数组所有的行和列的数字；这里以上一段代码中的arr数组为例，行的选择范围是0~ 2，列的取值范围是0~4，然后用循环实现生成所有的下标。如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
 	int arr[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};
 	int i = 0;//遍历行
 	//输入
 	for(i=0; i<3; i++) //产生行号
 	{
 		int j = 0;
 		for(j=0; j<5; j++) //产生列号
 		{
 			scanf("%d", &arr[i][j]); //输入数据
 		}
 	}
 	//输出
 	for(i=0; i<3; i++) //产生行号
 	{
 		int j = 0;
 		for(j=0; j<5; j++) //产生列号
 		{
 			printf("%d ", arr[i][j]); //输出数据
 		}
 		printf("\n");
 	}
 	return 0;
}

运行结果：

9. 二维数组在内存中的存储

像一维数组一样，如果想研究二维数组在内存中的存储方式，也可以打印出数组所有元素
的地址的。代码如下：

#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("&arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);
 		}
 	}
 	return 0;
}

运行结果：

从输出的结果来看，每一行内部的每个元素都是相邻的，地址之间相差4个字节，跨行位置处的两个元素（如：arr[0][4]和arr[1][0]）之间也是差4个字节，所以二维数组中的每个元素都是连续存放的。

如下图：

10. C99中的变长数组

在C99标准之前，C语言在创建数组的时候，数组大小的指定只能使用常量、常量表达式，或者如果初始化数据的话，可以省略数组大小。

如下：

int arr1[10];//常量
int arr2[3+5];//常量表达式
int arr3[] = {1,2,3};//省略数组大小初始化数据

这样的语法限制，创建数组就不够灵活，有时候数组大了浪费空间，有时候数组小了空间不够用。
C99中给一个变长数组（variable-length array，简称 VLA）的新特性，允许我们可以使用变量指定数组大小。

如下：

int n = a+b;
int arr[n];

上面示例中，数组 arr 就是变长数组，因为它的长度取决于变量 n 的值，编译器没法事先确定，只有运行时才能知道 n 是多少。

变长数组的根本特征，就是数组长度只有运行时才能确定，所以变长数组不能初始化。他的好处是程序员不必在开发时，随意为数组指定一个估计的长度，程序可以在运行时为数组分配精确的长度。

变长数组的意思是数组的大小是可以使用变量来指定的，在程序运行的时候，根据变量的大小来指定数组的元素个数，而不是说数组的大小是可变的。数组的大小一旦确定就不能再变化了。

遗憾的是在VS2022上，虽然⽀持大部分C99的语法，没有支持C99中的变长数组，没法测试；下面是我在gcc编译器上测试。

#include <stdio.h>
int main()
{
 	int n = 0;
 	scanf("%d", &n);//根据输如入数值确定数组的大小
 	int arr[n];
 	int i = 0;
	for (i = 0; i < n; i++)
 	{
 		scanf("%d", &arr[i]);
 	}
 	for (i = 0; i < n; i++)
 	{
 		printf("%d ", arr[i]);
 	}
 	return 0;
}

第一次测试，给n中输入5，然后输入5个数字在数组中，并正常输出。
第二次测试，我给n中输入10，然后输入10个数字在数组中，并正常输出。

11. 数组练习

11.1 练习1

多个字符从两端移动，向中间汇聚。
参考代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <windows.h>

int main() 
{
	char arr1[] = "I wish i had a different life!";
	char arr2[] = "******************************";
	int left = 0;
	int right = strlen(arr1)-1;
	while (left <= right)
	{
		arr2[left] = arr1[left++];
		arr2[right] = arr1[right--];
		printf("%s\n", arr2);
		Sleep(1000);
		system("cls");
	}
	printf("%s\n", arr2);
	return 0;
}

11.2 练习2

二分查找
在一个升序的数组中查找指定的数字n，很容易想到的方法就是遍历数组，但是这种方法效率比较低，
比如我买了一双鞋，你好奇问我多少钱，我说不超过300元。你还是好奇，你想知道到底多少，我就让你猜，你会怎么猜？你会1，2，3，4…这样猜吗？显然很慢；一般你都会猜中间数字，比如：150，然后看大了还是小了，这就是二分查找，也叫折半查找。
参考代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
 	int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 	int left = 0;
 	int right = sizeof(arr)/sizeof(arr[0])-1;
 	int key = 7;//要找的数字
 	int mid = 0;//记录中间元素的下标
	int find = 0;
 	while(left<=right)
 	{
 		mid = (left+right)/2;
 		if(arr[mid]>key)
 		{
 			right = mid-1;
 		}
 		else if(arr[mid] < key)
 		{
 			left = mid+1;
 		}
 		else
 		{
 			find = 1;
 			break;
 		}
 	}
 	if(1 == find )
 		printf("找到了,下标是%d\n", mid);
 	else
 		printf("找不到\n");
 	return 0;
}

求中间元素的下标，使用 mid = (left+right)/2 ，如果left和right比较大的时候可能存在问
题，可以使用下面的方式：

mid = left+(right-left)/2;