C语言数组

 

1.1.1 数组概述

在程序设计中，为了处理方便，把具有相同类型的若干变量按有序的形式组织起来，这些按序排列的同类数据元素的集合称为数组。在C语言中，数组属于构造数据类型。一个数组可以分解为多个数组元素，这些数组元素可以是基本数据类型或是构造类型。C语言数组按维数分有一维、二维和多维，按数组元素的类型又可分为数值数组、字符数组、指针数组、结构体数组等各种类别。

 

对数组特点概括如下：

①    数组是有序数据的集合, 用数组名标识。

②    数组元素需属同一数据类型，用数组名和下标确定。

③    一维数组的定义：数据类型  数组名[常量表达式]。

④    数组名表示的是内存首地址，是地址常量，所以只能右值（=号的右边），不能是左值（=号的左边，当变量使用）。

⑤    程序运行时对数组分配连续的内存空间，数组空间大小=数组维数*sizeof(元素数据类型)。

⑥    数组元素个数的下标从0开始。

⑦    C语言对数组不作越界检查，使用时要注意。int a[5]只能用a[0]~a[4]，用a[5]就发生了越界。

⑧    只能逐个引用数组元素，不能一次引用整个数组。

⑨    数组不初始化时，其元素值为随机数。

⑩    对static数组元素不赋初值时，系统会自动赋以0值。

⑪    当全部数组元素赋初值时，可不指定数组长度。

⑫    C语言中无字符串变量，是用字符数组处理字符串，字符串结束标志为字符'\0'。

1.1.2 一维数组

1. 一维数组定义

在C语言中使用数组必须先进行定义。

一维数组的定义方式如下：

类型说明符 数组名[常量表达式]；

其中：

①    类型说明符是任一种基本数据类型或构造数据类型。

②    数组名是用户定义的数组标识符。

③    方括号中的常量表达式表示数据元素的个数，也称为数组的长度。

例如：

    int a[10];           说明整型数组a，有10个元素。

    float b[10],c[20];   说明实型数组b，有10个元素；实型数组c，有20个元素。

    char ch[20];         说明字符数组ch，有20个元素。

对于数组类型说明应注意以下几点：

①    数组的类型实际上是指数组元素的取值类型，对于同一个数组，其所有元素的数据类型都是相同的。

②    数组名的书写规则应符合标识符的书写规定。

③    数组名不能与其他变量名相同。

④    方括号中常量表达式表示数组元素的个数，但是其下标从0开始计算。如a[3]表示数组a有3个元素，这3个元素分别为a[0]、a[1]、a[2]。

⑤    注意数组的越界，达到数组的最大序号就是越界。

⑥    不能在方括号中用变量来表示元素的个数，但是可用符号常数或常量表达式。

例如：

#define FD 5

main()

{

    int a[3+2],b[7+FD];

    ……

}

是合法的。

但是下述说明方式是错误的。

 main()

{

         int n=5;

         int a[n];

         ……

}

 

2. 一维数组元素的引用

数组元素是组成数组的基本单元，数组元素也是一种变量，其标识方法为数组名后跟一个下标，下标表示了元素在数组中的顺序号。

数组元素引用形式如下：

 数组名[下标]

其中下标只能为整型常量或整型表达式。如为小数时，C编译将自动取整。

例如：

a[5]、a[i+j]、a[i++]都是合法的数组元素。

数组元素通常也称为下标变量，必须先定义数组，才能使用下标变量。在C语言中只能逐个地使用下标变量，而不能一次引用整个数组。

例如，输出有10个元素的数组必须使用循环语句逐个输出各下标变量，输出方法如下：

    for(i=0; i<10; i++)

           printf("%d",a[i]);

不能用一个语句输出整个数组，下面的写法是错误的：

printf("%d",a);

 

3. 一维数组内存格局

【例6-1】以int a[3]和char aa[5]为例说明数组内存的格局。

    表6-1列出例6-1中数组变量内存格局图，其中“==”表示左右两边变量相等，后文同。int说明数组a中每个元素类型为int，每个元素占用4个字节，下标3表示元素个数为3，此数组元素为a[0]~a[3]。a同时又是该数组的首地址，是一地址常量。

char说明数组aa中每个元素类型为char，每个元素占用1个字节，下标5表示元素个数为5，此数组元素为aa[0]~a[4]。aa同时又是该数组的首地址。

由于a和aa代表的是内存地址，编译后逻辑地址固定，所以是地址常量。且a和aa本身代表地址时本身不占内存空间，不像指针变量有专门4个字节来存放变量的内存地址，数组名为地址常量，而指针变量是地址变量。

表6-1 一维数组内存布局表

一维数组的内存格局，假设变量的堆栈起始地址为3000
内存地址	内        存	假设的内存值	说明
3000	a[2]	9	编译完成后机器代码只认识地址，不认识变量。如a[2]=9时编译后的机器代码为向内存地址3000~2997内存里写入数据9
2999
2998
2997
2996	a[1]	6	a[1]代表内存地址2996~2993空间的抽象，&a1为内存地址2996。由于此数组类型为int，每个元素占用4个字节，如a[1]=6编译完成后机器代码转换为对相应内存地址的操作，就是向地址为&a[1](即2996)相邻4个字节的内存里写入6
2995
2994
2993
2992	a[0]	3	a[0]代表内存地址2992~2989内存空间的抽象，其存放的值为3，此时a[0]可以与3划上等号。&a[0]等于内存地址2992，同时数组名a也代表内存地址2992，所以a==&a[0]
2991
2990
2989
2988	aa[4]		编译器通过元素类型确定每个元素的大小，通过元素类型和元素下标确定每个数组元素的内存地址，公式为“数组首地址+下标*单个元素长度”
2987	aa[3]
2986	aa[2]
2985	aa[1]
2984	aa[0]

 

4. 一维数组的初始化

给数组赋值的方法除了用赋值语句对数组元素逐个赋值外，还可采用初始化赋值和动态赋值的方法。

数组初始化赋值是指在数组定义时给数组元素赋予初值，数组初始化是在编译阶段进行的。这样将减少运行时间，提高效率。

初始化赋值的一般形式为：

类型说明符 数组名[常量表达式]={值，值……值}；

其中在{ }中的各数据值即为各元素的初值，各值之间用逗号间隔。

例如：

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

相当于a[0]=0;a[1]=1...a[9]=9;

 

C语言对数组的初始化赋值还有以下几点规定：

(1) 可以只给部分元素赋初值。

当{ }中值的个数少于元素个数时，只给前面部分元素赋值。

例如：

    int a[10]={0,1,2,3,4};

表示只给a[0]～a[4]5个元素赋值，而后5个元素自动赋0值。

 

(2) 只能给元素逐个赋值，不能给数组整体赋值。

例如给十个元素全部赋1值，只能写为：

    int a[10]={1,1,1,1,1,1,1,1,1,1};

而不能写为：

    int a[10]=1;

 

(3) 如给全部元素赋值，则在数组说明中，可以不给出数组元素的个数。

例如：

    int a[5]={1,2,3,4,5};

可写为：

    int a[]={1,2,3,4,5};

 

5. 一维数组应用举例

【例6-2】输入10个数，并输出最大的数。

arrmax.c源代码如下：

#include <stdio.h>

int main()

{

    int i,max,a[10];

    printf("input 10 numbers:\n");

    for(i=0;i<10;i++)

        scanf("%d",&a[i]);

    max=a[0];

    for(i=1;i<10;i++)

        if(a[i]>max) max=a[i];

    printf("maxmum=%d\n",max);

    return 0 ;

}

编译 gcc arrmax.c -o  arrmax。

执行 ./arrmax, 执行结果如下：

input 10 numbers:

3 9 1 900 100 800 700 600 90 0

maxmum=900

1.1.3 二维数组

1. 二维数组的定义

二维数组定义的一般形式如下：

 类型说明符 数组名[常量表达式1][常量表达式2] ;

其中常量表达式1表示第一维下标的长度，常量表达式2 表示第二维下标的长度。

例如：

    char a[3][4];

说明了一个三行四列的数组，数组名为a，其下标变量的类型为整型。该数组的下标变量共有3×4个，即：

a[0][0],a[0][1],a[0][2],a[0][3],

    a[1][0],a[1][1],a[1][2],a[1][3],

    a[2][0],a[2][1],a[2][2],a[2][3]

二维数组在概念上是二维的，即是说其下标在两个方向上变化，下标变量在数组中的位置也处于一个平面之中，而不是象一维数组只是一个向量。但是，实际的硬件存储器却是连续编址的，也就是说存储器单元是按一维线性排列的，二维数组也是线性存储在内存中。

二维数组长度计算公式如下：

二维数组长度=存储类型长度*第一维下标*第二维下标

  

表6-2列出了char a[3][4]的内存布局表，从表中可以看出，二维数组内存空间是连续分配的，数组名和数组的一维下标表示的都是内存地址。

表6-2 char a[3][4]的内存布局表

一维数组的内存格局，假设变量的堆栈起始地址为-2889
内存地址	内存	补充说明
-2889	a[2][3]
-2990	a[2][2]
-2991	a[2][1]
-2992	a[2][0]	此时a[2]==&a[2][0]==-2992
-2993	a[1][3]
-2994	a[1][2]
-2995	a[1][1]
-2996	a[1][0]	此时a[1]==&a[1][0]==-2996
-2997	a[0][3]
-2998	a[0][2]
-2999	a[0][1]
-3000	a[0][0]	此时a==a[0]==&a[0][0]==-3000

 

2. 二维数组的初始化

二维数组初始化也是在类型说明时给各下标变量赋以初值。二维数组可按行分段赋值，也可按行连续赋值。

例如对数组a[5][3]，可用如下两种方法初始化。

①    按行分段赋值可写为:

  int a[5][3]={ {80,75,92},{61,65,71},{59,63,70},{85,87,90},{76,77,85} };

②    按行连续赋值可写为:

  int a[5][3]={ 80,75,92,61,65,71,59,63,70,85,87,90,76,77,85};

    这两种赋初值的结果是完全相同的。

 

对于二维数组初始化赋值还有以下说明：

(1) 可以只对部分元素赋初值，未赋初值的元素自动取0值。

例如：int a[3][3]={{1},{2},{3}};

是对每一行的第一列元素赋值，未赋值的元素取0值。 赋值后各元素的值为：

1 0 0

2 0 0

3 0 0

int a [3][3]={{0,1},{0,0,2},{3}};

赋值后的元素值为:

0 1 0

0 0 2

3 0 0

(2) 如对全部元素赋初值，则第一维的长度可以不给出。

例如：int a[3][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};

可以写为：int a[][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};

(3) 数组是一种构造类型的数据，二维数组可以看作是由一维数组的嵌套而构成的，假设一维数组的每个元素都又是一个数组，就组成了二维数组。当然，前提是各元素类型必须相同。根据这样的分析，一个二维数组也可以分解为多个一维数组，C语言允许这种分解。

如二维数组a[3][4]，可分解为三个一维数组，其数组名分别为a[0]、a[1]、a[2]，这三个一维数组都有4个元素。例如：一维数组a[0]的元素为a[0][0]、a[0][1]、a[0][2]、a[0][3]。

必须强调的是，a[0]、a[1]、a[2]不能当做下标变量使用，它们是数组名，不是一个单纯的下标变量。但a[0]、a[1]、a[2]代表数组第二维的首地址。

 

3. 多维数组定义

C语言允许构造多维数组，多维数组元素有多个下标，以标识它在数组中的位置，所以也称为多下标变量。多维数组可由二维数组类推而得到。

多维数组定义语法形式如下：

类型   数组名[长度1][长度2]……[长度N];

例如：int m[9][9][8][9]占用空间为4*9*9*8*9。

 

4. 二维数组程序举例

【例6-3】一个学习小组有5个人，每个人有三门课的考试成绩，求全组分科的平均成绩和各科总平均成绩。表6-3列出此5个人的三门课的考试成绩。

表6-3 二维数组应用案例表

	张	王	李	赵	周
Math	80	61	59	85	76
C	75	65	63	87	77
Java	92	71	70	90	85

此时可设一个二维数组a[5][3]存放五个人三门课的成绩，再设一个一维数组v[3]存放所求得各分科平均成绩，设变量average为全组各科总平均成绩。

twoarray.c源代码如下：

#include <stdio.h>

int main()

{

    int i,j,s=0,average,v[3],a[5][3];

    printf("input score\n");

    for(i=0;i<3;i++)

    {

        for(j=0;j<5;j++)

        { scanf("%d",&a[j][i]);

            s=s+a[j][i];}

            v[i]=s/5;

            s=0;

    }

    average =(v[0]+v[1]+v[2])/3;

    printf("math:%d\nc languag:%d\nJava:%d\n",v[0],v[1],v[2]);

    printf("total:%d\n", average );

    return 0 ;

}

编译 gcc twoarray.c -o  twoarray。

执行 ./twoarray, 执行结果如下：

input score

80      61      59      85      76

75      65      63      87      77

92      71      70      90      85

math:72

c languag:73

Java:81

total:75

1.1.4 字符数组

1. 字符数组说明

在C语言中没有专门的字符串变量，通常用一个字符数组来存放一个字符串。前面介绍字符串常量时，已说明字符串总是以'\0'作为串的结束符。因此当把一个字符串存入一个数组时，也把结束符'\0'存入数组，并以此作为该字符串是否结束的标志。有了'\0'标志后，就不必再用字符数组的长度来判断字符串的长度了。

C语言允许用字符串的方式对数组作初始化赋值。

例如：

    char c[]={'c', ' ','p','r','o','g','r','a','m'};

可写为：       

char c[]={"C program"};

或去掉{}写为：

char c[]="C program";

用字符串方式赋值比用字符逐个赋值要多占一个字节，用于存放字符串结束标志'\0'。上面的后两种数组c在内存中的实际存放情况为：

C

p

r

o

g

r

a

m

\0

    '\0'是由C编译系统自动加上的。由于采用了'\0'标志，所以在用字符串赋初值时一般无须指定数组的长度，而由系统自行处理。

    截断字符数组或者增加结束标志方法为：c[6]= '\0'或c[6]=0。

 

2. 字符串处理说明

如果字符数组存放的是字符串，输入可使用scanf("%s",字符数组名)，输出可使用printf("%s",字符数组名)。

字符串处理需要包含<string.h>头文件，需要使用strcpy、strlen等字符串函数，具体使用见第9章。

 

3. 字符数组举例

strarray.c源代码如下：

#include <stdio.h>

#include <string.h>

int    main()

{

    char st[15];

    char st1[15] ;

    printf("input string:\n");

    scanf("%s",st);

    printf("%s\n",st);

    strcpy(st1, st) ;

    printf("cmp=%d\n", strcmp(st, st1)) ;

    return 0 ;

}

编译 gcc strarray.c -o  strarray。

执行 ./strarray, 执行结果如下：

input string:

hello

hello

cmp=0

 

摘录自《深入浅出Linux工具与编程》