c语言从入门到实战——数组

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前言

C语言数组是一种用来存储相同类型元素的数据结构，它由一组连续内存空间组成，并且每个元素的大小相同。这些数据按照一个固定的顺序排列。数组可以有一个或多个维度，每个维度的大小必须是正整数。

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1. 数组的概念

数组是一组相同类型元素的集合；从这个概念中我们就可以发现2个有价值的信息：

• 数组中存放的是1个或者多个数据，但是数组元素个数不能为0。
• 数组中存放的多个数据，类型是相同的。

数组分为一维数组和多维数组，多维数组一般比较多见的是二维数组。

2. 一维数组的创建和初始化

2.1 数组创建

一维数组创建的基本语法如下：

 type  arr_name[常量值];
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存放在数组的值被称为数组的元素，数组在创建的时候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，也可以自定义的类型
• arr_name 指的是数组名的名字，这个名字根据实际情况，起的有意义就行,可以按照变量名称是怎么定义的来定义。

在C语言中，变量名称定义需要遵守以下原则：

1. 变量名称可以由字母、数字和下划线组成，但不可以以数字开头。
2. 变量名称是区分大小写的，即变量名abc和ABC是不同的变量。
3. 变量名称应该具有描述性，能够清晰地表达变量的含义。
4. 变量名不应该与C语言的关键字（如if, for, int, char等）相同。
5. 变量名称应该避免使用单个字符作为变量名，除非这个变量是循环计数器或临时变量。
6. 变量名称应该使用驼峰式大小写或下划线命名法，其中驼峰式大小写是指首单词小写，后续单词首字母大写，例如firstName, lastName；下划线命名法是指单词之间用下划线分隔，例如first_name, last_name。
7. 变量名称应该尽量简洁明了，不要过于复杂。

• [ ] 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指定就行。

比如：我们现在想存储某个班级的20人的数学成绩，那我们就可以创建一个数组，如下：

 int math[20];
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当然我们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];
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2.2 数组的初始化

有时候，数组在创建的时候，我们需要给定一些初始值值，这种就称为初始化的。
那数组如何初始化呢？
数组的初始化一般使用大括号，将数据放在大括号中。

//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};
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2.3 数组的类型

数组也是有类型的，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];
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• 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的操作，那我们如何使用一维数组呢？

3.1 数组下标

C语言规定数组是有下标的，下标是从0开始的，假设数组有n个元素，最后一个元素的下标是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};
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数组元素和下标
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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] ,如下代码：

#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;
}
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输出结果：

3.2 数组元素的打印

接下来，如果想要访问整个数组的内容，那怎么办呢？

只要我们产生数组所有元素的下标就可以了，那我们使用for循环产生0~9的下标，接下来使用下标访问就行了。

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;
}
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输出的结果：

3.3 数组的输入

明白了数组的访问，当然我们也根据需求，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;
}
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输入和输出结果：

4. 一维数组在内存中的存储

有了前面的知识，我们其实使用数组基本没有什么障碍了，如果我们要深入了解数组，我们最好能了解一下数组在内存中的存储。
依次打印数组元素的地址：

#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;
}
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输出结果：

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

数组元素在内存中是连续存放的
1

栈区的默认使用，是先使用高地址的空间，在使用低地址的空间，数组在系统空间中的存放，在系统空间中，VS2022会先根据你定义的数组范围定义一段空间，然后按照这段空间从高地址向下排，在数组空间内，里面的元素是从低地址向高地址来排序的。

5. sizeof计算数组元素个数

在遍历数组的时候，我们经常想知道数组的元素个数，那C语言中有办法使用程序计算数组元素个数吗？

答案是有的，可以使用sizeof。

比如：

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

我们又知道数组中所有元素的类型都是相同的，那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。这里我们选择第一个元素算大小就可以。

#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;
}
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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]);
	printf("%d\n", sz);
	return 0;
}
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这里的结果是：10，表示数组有10个元素
除此之外我们还可以使用strlen（）函数，strlen（）函数是包含在string.h头文件里的库函数，在使用前需要引用头文件。

#include <stido.h>
#include <string.h>
int main()
{
	int arr[10] = {0};
	printf("%d\n", strlen(arr));
	return 0;
}
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6. 二维数组的创建

6.1 二维数组得概念

前面学习的数组被称为一维数组，数组的元素都是内置类型的，如果我们把一维数组做为数组的元 素，这时候就是二维数组，二维数组作为数组元素的数组被称为三维数组，二维数组以上的数组统称为多维数组。

整型、整型一维数组、整型二维数组
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6.2 二维数组的创建

那我们如何定义二维数组呢？

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];
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解释：上述代码中出现的信息

• 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定名字

其他类型的数组意思基本一致。

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。 那二维数组如何初始化呢？像一维数组一样，也是使用大括号初始化的。

7.1 不完全初始化

int arr1[3][5] = {1,2};
int arr2[3][5] = {0};
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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};
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7.3 按照行初始化

 int arr4[3][5] = {{1,2},{3,4},{5,6}};
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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}};
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8. 二维数组的使用

8.1 二维数组的下标

当我们掌握了二维数组的创建和初始化，那我们怎么使用二维数组呢？ 其实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唯一锁定数组中的一个元素。

C语言规定，二维数组的行是从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};
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图中最右侧绿色的数字表示行号，第一行蓝色的数字表示列号，都是从0开始的，比如，我们说：第2 行，第4列，快速就能定位出7。

#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;
}
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输出的结果如下：

8.2 二维数组的输入和输出

访问二维数组的单个元素我们知道了，那如何访问整个二维数组呢？ 其实我们只要能够按照一定的规律产生所有的行和列的数字就行；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，所以我们可以借助循环实现生成所有的下标。

#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;
}
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输入和输出的结果：

9. 二维数组在内存中的存储

像一维数组一样，我们如果想研究二维数组在内存中的存储方式，我们也是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;
}
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输出的结果：

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。
如下图所示：

二维数组的每一行在内存中连续存放
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了解清楚二维数组在内存中的布局，有利于我们后期使用指针来访问数组的学习。

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，或者如果我们初始化数据的话，可以省略数组大小。
如：

int arr1[10];
int arr2[3+5];
int arr3[] = {1,2,3};
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这样的语法限制，让我们创建数组就不够灵活，有时候数组太大了浪费空间，有时候数组又小了不够用的。

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。

请看下面的代码：

int n = a+b;
int arr[n];
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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。它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。有一个比较迷惑的点，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，可以看一下。

• 我们可以在VS code 导入c语言模块，通过这个模块来使用gcc编译
• 我们也可以直接在Dev-C++使用，Dev-C++使用的就是gcc编译

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);//根据输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;
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第一次测试，我给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

练习1：多个字符从两端移动，向中间汇聚

编写代码，演示多个字符从两端移动，向中间汇聚

#include <stdio.h>
#include <string.h>//strlen函数
#include <Windows.h>//Sleep函数
int main()
{
	char arr1[] = "welcome to bit...";
	char arr2[] = "#################";
	int left = 0;
	int right = strlen(arr1)-1;
	printf("%s\n", arr2);
	while(left<=right)
    {
        Sleep(1000);//睡眠函数
        arr2[left] = arr1[left];
        arr2[right] = arr1[right];
        left++;
        right--;
        printf("%s\n", arr2);
     }
    retutn 0;
}
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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。

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

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