【C语言初阶】C语言数组基础:从定义到遍历的全面指南

Eternity._ 2024-07-21 15:05:02 阅读 67

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❀数组

📒1. 什么是数组?🌸数组的特点🌺数组的应用

📜2. 一维数组🌈数组的创建🌞数组的初始化🌙数组的使用⭐数组在内存中的存储

📚3. 二维数组🌈数组的创建🌞数组的初始化🌙数组的使用⭐数组在内存中的存储

📙4. 数组越界📝5. 数组作为函数参数⛰️数组作为函数参数错误设计🏞️数组名🌄正确设计

📖6. 总结


🔍前言: 在编程的世界里,数据结构是构建复杂应用程序的基石,而数组则是这些基石中最基础且最不可或缺的一种。C语言,作为一门历史悠久且广泛应用于系统编程、嵌入式开发等领域的编程语言,其数组的概念与操作更是每一位C语言学习者必须掌握的核心技能

数组,简而言之,是一种连续存储相同类型数据的集合。它允许我们通过索引(或下标)快速访问其中的元素,无论是读取还是修改,都极为高效。C语言中的数组不仅支持一维形式,还可以轻松扩展到多维,为处理复杂数据提供了极大的便利

本文旨在全面而深入地介绍C语言数组的基本概念、声明与初始化、访问与遍历、以及多维数组的应用等关键内容。通过理论讲解与实例演示相结合的方式,我们将逐步揭开C语言数组的神秘面纱,帮助读者建立扎实的数组知识基础,并掌握在实际编程中灵活应用数组的技巧

让我们一同踏上这段充满挑战与收获的C语言数组之旅吧!


📒1. 什么是数组?

数组(Array)是一种基础的数据结构,用于在计算机内存中连续存储相同类型的数据。它允许通过索引(或下标)来访问这些数据元素,索引通常是从0开始的。数组中的每个元素可以通过计算偏移量来快速定位,这使得数组在访问元素时非常高效


🌸数组的特点

类型一致性: 数组中的所有元素都必须是相同的数据类型。这意味着,如果你有一个整型数组,那么数组中的所有元素都必须是整数固定大小: 在大多数编程语言中,数组的大小在声明时就必须确定,并且之后不能改变(尽管有些语言支持动态数组或类似的数据结构,如C++的std::vector或Python的列表,它们提供了动态大小的数组功能)。然而,在C99标准中,C语言引入了变长数组(VLA),其大小可以在运行时确定,但这仍然受到栈大小等限制索引访问: 数组中的元素可以通过索引来访问,索引通常是从0开始的。例如,在C语言中,如果你有一个名为arr的数组,并且你想要访问它的第一个元素,你可以使用arr[0]内存连续性: 数组中的元素在内存中是连续存储的。这意味着,如果你知道数组中某个元素的地址,你可以很容易地计算出数组中其他元素的地址


🌺数组的应用

存储和处理一系列的数据,如学生的成绩、商品的库存量等作为函数参数传递数据集合实现算法,如排序、搜索等字符串处理,因为字符串在C语言中是通过字符数组来实现的表示多维数据结构,如矩阵和表格


尽管数组是编程中非常基础且强大的工具,但它们也有一些局限性,比如大小固定(对于传统数组而言)和类型单一。因此,在需要更灵活的数据结构时,程序员可能会选择使用其他数据结构,如链表、树或图等。然而,对于许多常见的编程任务来说,数组仍然是首选的数据结构之一


📜2. 一维数组

数组是一组相同类型元素的集合


🌈数组的创建

数组的创建方式:

<code>type_t arr_name [const_n];

// type_t 是指数组的元素类型

// const_n 是一个常量表达式,用来指定数组的大小


数组创建代码示例 (C语言):

//代码1

int arr1[10];

//代码2

int count = 10;

int arr2[count];

//代码3

char arr3[10];

float arr4[1];

double arr5[20];

注意:我们来看一下代码二,数组创建,在C99标准之前, [ ] 中要给一个常量才可以,不能使用变量。在C99标准支持了变长数组的概念,数组的大小可以使用变量指定,但是数组不能初始化


🌞数组的初始化

数组的初始化是指,在创建数组的同时给数组的内容一些合理初始值(初始化)


数组的初始化:

int arr1[10] = { 1,2,3 };

int arr2[] = { 1,2,3,4 };

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

char arr4[3] = { 'a',98, 'c' };

char arr5[] = { 'a','b','c' };

char arr6[] = "abcdef";

数组在创建的时候如果想不指定数组的确定的大小就得初始化。数组的元素个数根据初始化的内容来确定

注意:要区分以下这两种数组初始化

char arr1[] = "abc";

char arr2[3] = { 'a','b','c' };


🌙数组的使用

对于数组的使用我们之前介绍了一个操作符: [] ,下标引用操作符。它其实就数组访问的操作符


数组的使用:

int main()

{

int arr[10] = { 0 };//数组的不完全初始化

//计算数组的元素个数

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

//对数组内容赋值,数组是使用下标来访问的,下标从0开始。所以:

int i = 0;//做下标

// for循环遍历数组

for (i = 0; i < sz; i++)

{

arr[i] = i;

}

//输出数组的内容

i = 0;

// while循环遍历数组

while (i < sz)

{

printf("%d ", arr[i]);

i++;

}

return 0;

}

通过示例:

数组是使用下标来访问的,下标是从0开始数组的大小可以通过计算得到

int arr[10];

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

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⭐数组在内存中的存储

代码示例 (C语言):

<code>int main()

{

int arr[10] = { 0 };

int i = 0;

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

for (i = 0; i < sz; ++i)

{

printf("&arr[%d] = %p\n", i, &arr[i]);

}

return 0;

}

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注意:仔细观察输出的结果,我们知道,随着数组下标的增长,元素的地址,也在有规律的递增

由此可以得出结论:数组在内存中是连续存放的

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📚3. 二维数组

二维数组(也称为矩阵)是计算机科学中常用的数据结构,用于存储具有两个维度的数据集合。简单来说,它是一个数组的数组,即每个元素本身也是一个数组。二维数组在图像处理、游戏开发、数据分析、科学计算等领域有广泛应用


🌈数组的创建

数组的创建方式:

<code>type_t arr_name [const_n][const_m];

// type_t 是指数组的元素类型

// const_n 表示行的大小

// const_m 表示列的大小

//数组创建

int arr[3][4];

char arr[3][5];

double arr[2][4];


🌞数组的初始化

数组的初始化方式:

//数组初始化

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

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

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

// 二维数组如果有初始化,行可以省略,列不能省略


🌙数组的使用

二维数组的使用也是通过下标的方式

数组的遍历:

int main()

{

int arr[3][4] = { 0 };

int i = 0;

for (i = 0; i < 3; i++)

{

int j = 0;

for (j = 0; j < 4; j++)

{

arr[i][j] = i * 4 + j;

}

}

for (i = 0; i < 3; i++)

{

int j = 0;

for (j = 0; j < 4; j++)

{

printf("%d ", arr[i][j]);

}

printf("\n");

}

return 0;

}

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⭐数组在内存中的存储

我们来打印以下二维数组的地址看看

内存中的存储:

<code>int main()

{

int arr[3][4];

int i = 0;

for (i = 0; i < 3; i++)

{

int j = 0;

for (j = 0; j < 4; j++)

{

printf("&arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);

}

}

return 0;

}

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我们可以看出来,其实二维数组在内存中也是连续存储的

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📙4. 数组越界

数组越界(Array Bounds Violation 或 Index Out of Bounds)是编程中常见的一个错误,主要发生在尝试访问数组时,使用的索引超出了数组的有效范围。在大多数编程语言中,数组索引是从0开始的,因此,对于一个长度为n的数组,有效的索引范围是0到n-1。如果尝试访问索引为n或更大的元素,就会发生数组越界错误


数组的下标是有范围限制的

数组的下规定是从0开始的,如果数组有n个元素,最后一个元素的下标就是n-1

所以数组的下标如果小于0,或者大于n-1,就是数组越界访问了,超出了数组合法空间的访问。C语言本身是不做数组下标的越界检查,编译器也不一定报错,但是编译器不报错,并不意味着程序就是正确的,

所以程序员写代码时,最好自己做越界的检查

数组越界:

<code>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\n", arr[i]);//当i等于10的时候,越界访问了

}

return 0;

}

注意:二维数组的行和列也可能存在越界


数组越界的影响

程序崩溃: 在许多编程语言中,如C/C++、Java,数组越界通常会导致程序崩溃或抛出异常,因为系统不允许访问未分配的内存区域。数据损坏: 在某些情况下,如果数组越界没有被系统捕获,可能会覆盖或损坏内存中的其他数据,导致难以跟踪的错误。安全漏洞: 在安全敏感的应用程序中,数组越界可能被恶意用户利用来执行未授权的操作或访问敏感数据


📝5. 数组作为函数参数

数组作为函数参数在C或C++等编程语言中是一个常见的操作。然而,当数组作为函数参数传递时,它并不直接传递整个数组的内容,而是传递了数组的首地址(即数组第一个元素的地址)。这意味着函数内部对数组的任何非本地(即不在函数内部定义的)修改都会影响到原始数组


⛰️数组作为函数参数错误设计

代码示例 (C语言):

void bubble_sort(int arr[])

{

int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//这样对吗?

int i = 0;

for (i = 0; i < sz - 1; i++)

{

int j = 0;

for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)

{

if (arr[j] > arr[j + 1])

{

int tmp = arr[j];

arr[j] = arr[j + 1];

arr[j + 1] = tmp;

}

}

}

}

int main()

{

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

bubble_sort(arr);//是否可以正常排序?

for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)

{

printf("%d ", arr[i]);

}

return 0;

}

此处冒泡排序并不能发挥作用

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注意:数组作为函数参数的时候,并不是把整个数组的传递过去,而是传的是首元素的地址


🏞️数组名

数组名的含义代码示例 (C语言):

<code>int main()

{

int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };

printf("%p\n", arr);

printf("%p\n", &arr[0]);

printf("%d\n", *arr);

//输出结果

return 0;

}

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结论: 数组名是数组首元素的地址(有两个例外)

数组名是首元素地址,但是计算大小不适用

<code>int arr[10] = { 0};

printf("%d\n", sizeof(arr)); // 40

两个例外:

sizeof(数组名),计算整个数组的大小,sizeof内部单独放一个数组名,数组名表示整个数组&数组名,取出的是数组的地址。&数组名,数组名表示整个数组


🌄正确设计

void bubble_sort(int arr[], int sz)//参数接收数组元素个数

{

int i = 0;

for (i = 0; i < sz - 1; i++)

{

int j = 0;

for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)

{

if (arr[j] > arr[j + 1])

{

int tmp = arr[j];

arr[j] = arr[j + 1];

arr[j + 1] = tmp;

}

}

}

}

int main()

{

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

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

// 我们先计算好数组的大小

bubble_sort(arr, sz);

for(int i=0; i < sz; i++)

{

printf("%d ", arr[i]);

}

return 0;

}


📖6. 总结

在探索C语言数组的旅程即将结束之际,我们不禁要回顾这一路上所见的风景与收获。数组,作为C语言乃至众多编程语言中的基石之一,其重要性不言而喻。它不仅是我们存储和操作一系列相同类型数据的高效工具,更是构建复杂数据结构(如矩阵、字符串等)的基础

通过本文的介绍,我们深入了解了C语言数组的定义、初始化、访问以及通过循环遍历数组的方法。我们见证了数组如何帮助解决一系列实际问题,从简单的数学计算到复杂的数据处理,数组都以其独特的方式展现出了其强大的功能性和灵活性

然而,正如任何强大的工具一样,数组的使用也需要谨慎。越界访问、内存泄漏等问题是我们在使用数组时不得不面对的挑战。因此,掌握良好的编程习惯,如在使用前检查数组边界、合理管理内存等,对于避免潜在的问题至关重要

让我们在掌握C语言函数的基础上,继续保持对编程的热情与好奇心,勇于探索未知,不断挑战自我!!!

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希望本文能够为你提供有益的参考和启示,让我们一起在编程的道路上不断前行!

谢谢大家支持本篇到这里就结束了,祝大家天天开心!

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