C语言基础（六）数组相关

一、为什么需要数组？

在编程中，我们经常需要处理多个相同类型的数据。比如存储10个学生的成绩，如果不用数组，就得定义10个单独的变量（score1, score2, …），不仅麻烦，而且无法用循环统一处理。数组正是为了解决这类问题而生的——它能在内存中连续存储多个相同类型的数据，并通过下标快速访问每个元素。

二、一维数组基础

1. 数组的定义

语法格式：

类型说明符 数组名[常量表达式];

例如：

int a[10]; // 定义一个包含10个int元素的数组
char str[32]; // 定义包含32个char元素的数组
float array[5]; // 定义包含5个float元素的数组

• 类型说明符：可以是基本数据类型（int、char、float等），也可以是构造类型，但不能是void。
• 数组名：遵循标识符命名规则（字母、数字、下划线，数字不能开头）。
• 常量表达式：表示数组元素个数，必须是编译时确定的常量（不能是变量）。

2. 数组元素的访问

通过 数组名[下标] 访问元素，下标从 0 开始，到 元素个数-1 结束。

a[0] = 10; // 给第一个元素赋值
a[5] = 99; // 给第六个元素赋值
printf("%d", a[0]); // 输出第一个元素

注意：下标可以是常量、变量或表达式（结果必须为整型）。访问时不要超出范围，否则会越界访问，可能导致程序崩溃或数据错乱。

3. 数组的初始化

初始化即在定义时给元素赋初值。

• 全部初始化：

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

• 局部初始化（未初始化的元素自动为0）：

int a[5] = {1, 2, 3}; // 前三个为1,2,3，后两个为0

• 初始化全0：

int a[5] = {0}; // 所有元素为0
int a[5] = {0,0,0,0,0};

• 省略数组大小（必须初始化）：

int a[] = {1,2,3,4,5}; // 编译器自动确定大小为5

重要：如果不初始化，数组元素的值是随机的（内存中遗留的值），所以定义时尽量初始化，哪怕只是{0}。

4. 数组的存储特性

• 单一性：所有元素类型相同。
• 有序性：元素按下标从0到N-1顺序存储。
• 连续性：数组占用一块连续的内存空间。

这一点非常重要，因为连续存储使得我们可以通过指针和偏移量快速访问，也是数组效率高的原因。

三、数组的经典应用：排序

排序是数组的典型应用。这里以选择排序为例，掌握其思想。

选择排序（升序）：每次从待排序位置开始，往后找到最小值，放到当前位置。

int a[10] = {1, 2, –3, –4, –5, 6, 7, 8, –9, 0};
int len = sizeof(a) / sizeof(a[0]); // 计算元素个数

for (int i = 0; i < len – 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < len; j++) {
if (a[i] > a[j]) { // 升序：如果前面大于后面，交换
int tmp = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = tmp;
}
}
}

时间复杂度：O(n²)，空间复杂度：O(1)。选择排序是不稳定的（相同元素相对顺序可能改变）。

四、字符型数组（字符串）

C语言没有专门的字符串类型，而是用字符数组来存储字符串，并以'\\0'（ASCII码0）作为结束标志。

1. 定义与初始化

char str[32];
char str[32] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}; // 不推荐，未初始化部分为0
char str[32] = {"hello"}; // 推荐
char str[32] = "hello"; // 最常用
char str[] = "hello"; // 自动确定大小为6（包含'\\0'）

注意："hello"实际占6个字节（5个字符 + 1个'\\0'）。

2. 输入与输出

• 输出：可以使用printf("%s", str)或puts(str)（自动换行）。
• 输入：可以使用scanf("%s", str)（遇空格或Tab停止）或gets(str)（遇换行停止，但危险，可能越界）。

char str[100] = {0};
scanf("%s", str); // 输入 "hello world" 只读入 "hello"
gets(str); // 可读入带空格的字符串，但存在越界风险

3. 常用字符串操作函数（手写实现）

虽然标准库提供了strlen、strcpy、strcat等，但理解其底层实现至关重要。

① 求字符串长度 (strlen)
统计有效字符个数（不包括'\\0'）。

int my_strlen(const char *s) {
int len = 0;
while (s[len] != '\\0') {
len++;
}
return len;
}

② 字符串拷贝 (strcpy)
将源字符串复制到目标数组（目标数组空间要足够）。

void my_strcpy(char *dst, const char *src) {
int i = 0;
while (src[i] != '\\0') {
dst[i] = src[i];
i++;
}
dst[i] = '\\0'; // 别忘了结束标志
}

③ 字符串拼接 (strcat)
将源字符串追加到目标字符串末尾。

void my_strcat(char *dst, const char *src) {
int i = 0, j = 0;
while (dst[i] != '\\0') i++; // 找到dst的末尾
while (src[j] != '\\0') {
dst[i] = src[j];
i++;
j++;
}
dst[i] = '\\0';
}

五、二维数组

二维数组可以理解为“数组的数组”，常用于存储矩阵或表格数据。

1. 定义与访问

int a[3][4]; // 3行4列，共12个元素

访问方式：a[行下标][列下标]，行下标范围0_{2，列下标0}3。

2. 初始化

• 全部初始化（分行或不分行）：

int a[3][4] = {{1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12}};
int a[][4] = {{1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12}}; // 可省略行数
int a[3][4] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; // 自动按行填充

• 局部初始化（未初始化的补0）：

int a[3][4] = {{1,2}, {3,4,5}, {6}};
// 第一行：1,2,0,0；第二行：3,4,5,0；第三行：6,0,0,0

注意：在初始化时，行数可以省略，但列数不能省略。

3. 二维字符型数组

用于存储多个字符串（如学生名单）。

char str[3][100] = {0}; // 3个字符串，每个最长99字符
char str[3][100] = {"hello", "world", "how"};

输入输出时，用gets(str[i])或scanf("%s", str[i])，循环处理每一行。

六、易错点与最佳实践