【C语言】从零开始学习数组

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目录

一、一维数组的创建和初始化

1.1 数组的创建 

1.2 数组的初始化

1.3 一维数组的使用 

1.4 一维数组在内存中的存储 

二、二维数组的创建和初始化 

2.1 二维数组的创建

2.2 二维数组的初始化

2.3 二维数组的使用 

2.4 二维数组在内存中的存储 

三、 数组越界 

四、数组作为函数参数

4.1 冒泡排序函数的错误设计

4.2 数组名是什么?

4.3 冒泡排序函数的正确设计

思路:


一、一维数组的创建和初始化

1.1 数组的创建 

数组是一组相同类型元素的集合。

数组的创建方式:

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

数组创建的实例:

//代码1
int arr1[10];
//代码2
int count = 10;
int arr2[count];//数组时候可以正常创建?
//代码3
char arr3[10];
float arr4[1];
double arr5[20];

注: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。 

1.2 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)。

看代码:

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。

但是对于下面的代码要区分,内存中如何分配。 

char arr1[] = "abc";
char arr2[3] = {'a','b','c'};

📌对于 arr1 数组,使用双引号括起来的字符串常量 "abc" 会自动在末尾添加一个空字符 '\0',因此 arr1 数组的大小为 4(包括字符 'a', 'b', 'c' 和空字符 '\0')。 

Memory layout for arr1: | 'a' | 'b' | 'c' | '\0' |

 📌对于 arr2 数组,使用花括号括起来的字符列表是没有自动添加空字符 '\0' 的,因此 arr2 数组的大小是 3(只包括字符 'a', 'b', 'c')。

Memory layout for arr2: | 'a' | 'b' | 'c' |

需要注意的是arr1arr2 在初始化方式上有区别:

▪️arr1 是用字符串常量进行初始化,编译器会自动根据字符串常量的长度为其分配足够的空间,并   在末尾添加一个空字符 '\0',确保它是以 null-terminated 形式存储的。

▪️arr2 是用字符列表进行初始化,只会把指定的字符存储在数组中,不会自动添加空字符 '\0'。

因此,在使用这两个数组时需要注意它们的大小和内存布局。对于字符串处理,通常建议使用 arr1 这样以 null-terminated 形式存储的字符数组,这样可以方便使用标准字符串函数。而 arr2 则更适用于需要明确指定字符内容的情况,但需要特别注意不要访问超过数组大小的索引,否则可能导致未定义行为。 

1.3 一维数组的使用 

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。

我们来看代码:

#include <stdio.h>
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(i=0; i<10; i++)//这里写10表示数组元素个数
 {
 arr[i] = i;
 } 
 //输出数组的内容
 for(i=0; i<10; ++i)
 {
 printf("%d ", arr[i]);
 }
 return 0;
}

总结: 

1. 数组是使用下标来访问的,下标是从0开始。

2. 数组的大小可以通过计算得到。

int arr[10];
int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//sizeof计算的是字节数

1.4 一维数组在内存中的存储 

看代码:

#include <stdio.h>
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;
}

运行结果: 

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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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二、二维数组的创建和初始化 

2.1 二维数组的创建

//数组创建
int arr[3][4];
char arr[3][5];
double arr[2][4];

2.2 二维数组的初始化

//数组初始化
int arr[3][4] = {1,2,3,4};//数组元素:1234 0000 0000
int arr[3][4] = {{1,2},{4,5}};//数组元素:1200 4500 0000
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
//数组元素:2300 4500

2.3 二维数组的使用 

二维数组的使用也是通过下标的方式。

看代码:

#include <stdio.h>
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("%-2d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

 运行结果:

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2.4 二维数组在内存中的存储 

像一维数组一样,这里我们尝试打印二维数组的每个元素地址。

#include <stdio.h>
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;
}

运行结果: 

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通过结果我们可以分析到,其实二维数组在内存中也是连续存储的。

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三、 数组越界 

🔖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。

以下代码是一维数组的越界: 

#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\n", arr[i]);//当i等于10的时候,越界访问了
   }
 return 0;
}

同理,二维数组的行和列也可能存在越界。 

四、数组作为函数参数

往往我们在写代码的时候,会将数组作为参数传个函数,比如:我要实现一个冒泡排序(这里要讲算法 思想)函数将一个整形数组排序

4.1 冒泡排序函数的错误设计

冒泡排序(Bubble Sort)是一种简单的排序算法,其基本思想是重复地遍历要排序的数组,每次比较相邻两个元素,如果它们的顺序错误,则交换它们,直到整个数组排序完成为止。排序过程中较大的元素会像气泡一样逐步上浮到正确的位置,因此得名"冒泡排序"。

//方法1:
#include <stdio.h>
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;
}

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方法1,出现问题,那我们找一下问题,调试之后可以看到 bubble_sort 函数内部的 sz ,是1。 难道数组作为函数参数的时候,不是把整个数组的传递过去? 

4.2 数组名是什么?

下面带你玩转数组名:

#include <stdio.h>
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;
}

运行结果: 

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结论: 数组名是数组首元素的地址。(有两个例外)

但是,如果数组名是首元素地址,那么:

int arr[10] = {0};
printf("%d\n", sizeof(arr));

为什么输出的结果是:40? 

补充:

📌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。

总结:除补充的两种情况之外,所有的数组名表示数组首元素的地址。 

4.3 冒泡排序函数的正确设计

思路:

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1.从数组的第一个元素开始,比较相邻的两个元素。如果第一个元素比第二个元素大(升序     排序),则交换这两个元素的位置,使得较大的元素“冒泡”到右侧。

2.继续比较后续的相邻元素,重复上述操作,直到最后一个元素。

3.一轮遍历完成后,最大的元素将会被“冒泡”到数组的最后一个位置。

4.然后从数组的第一个元素开始,进行下一轮遍历,但这次不需要考虑已经排序好的最后一个元素。

5.重复上述过程,直到所有元素都排序完成。

💨冒泡排序是一个简单但效率较低的排序算法,其时间复杂度为O(n^2),其中n是数组的大小。由于其效率较低,通常不推荐在大规模数据上使用,但对于小规模的数据或是教学例,冒泡排序仍然是一种简单易懂的排序算法。 

当数组传参的时候,实际上只是把数组的首元素的地址传递过去了。 所以即使在函数参数部分写成数组的形式: int arr[] 表示的依然是一个指针: int *arr 。 那么,函数内部的 sizeof(arr) 结果是4。 所以在传参时我们需要多传递一个变量(它表示的是数组的大小)。

//方法2
#include<stdio.h>
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]);
    printf("冒泡排序前:\n");
    for (int i = 0; i < sz; i++)
    {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    bubble_sort(arr, sz);
    printf("冒泡排序后:\n");
    for (int i = 0; i < sz; i++)
    {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

运行结果: 

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