C語言之數(shù)組

——TechZone(Harris)

學完了前面幾種基礎語法之后，你可能會漸漸發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)的記錄方式龟再，已經(jīng)無法很好地解決我們接下來要解決的問題。比如有一天尼变，老師找你計算一下全班同學的平均成績利凑。那么你就會開始思考如何存儲全班的成績。按照之前學習的知識嫌术，我們可以定義a1 a2 a3 ……哀澈。但是，這樣未免也太麻煩了度气，如果要記錄全省人民的身高數(shù)據(jù)呢割按？如果下個學期班里學生人數(shù)有變化呢？

你會發(fā)現(xiàn)磷籍，種種原因适荣，導致了我們編寫的程序很繁雜现柠，不夠靈活。那么這樣束凑，編程也就沒有太大的必要了晒旅。好在，C語言提供了一種存儲數(shù)據(jù)的方式汪诉，叫做數(shù)組废恋。

數(shù)組，就是存放一堆同類型的數(shù)據(jù)的容器扒寄。比如剛剛的例子鱼鼓，我們要存儲學生的成績，這時候數(shù)組就可以大顯神威了该编。

定義一維數(shù)組

定義一維數(shù)組的方法很簡單迄本，只需要指定元素的類型和存放的數(shù)量即可。

類型 數(shù)組名[元素個數(shù)]

比如：

int Score1[50];//定義一個叫Score1的整型數(shù)組课竣，有50個元素
float Score2[30];//定義一個叫Score2的浮點型數(shù)組嘉赎，有30個元素
double Score3[20];//定義一個叫Score3的雙精度浮點型數(shù)組，有20個元素
char Str[10];//定義一個叫Str的字符型數(shù)組于樟，有10個元素

數(shù)組一旦被定義公条，在其生命周期內，就不可能被改變(其實是在內存中開辟了一段連續(xù)的空間了)迂曲。

訪問數(shù)組

訪問數(shù)組的方法和定義有點類似靶橱，但是如果混淆了的話，那可就不是什么好事了路捧。

數(shù)組名[下標]

方括號里面的关霸，實際上是指的數(shù)組的下標，也可以叫索引杰扫。需要注意的是队寇，下標的計數(shù)是從0開始的，最大的下標是(元素個數(shù)-1)涉波。也就是說英上，如果我int Score[10]之后，那么我想訪問第一個元素啤覆，就是這樣Score[0]苍日，如果要訪問最后一個元素，就是Score[9]窗声。

之前看到過一個段子相恃，大概意思是說程序員數(shù)數(shù)都喜歡從0開始數(shù)。如果你是剛剛接觸編程笨觅，那么你也要開始習慣從0開始計數(shù)的這種思路拦耐。

其實耕腾，并不是C語言才開始有數(shù)組，F(xiàn)ORTRAN語言就有數(shù)組了杀糯。但是下標從0開始計數(shù)這種方式扫俺，是從C語言才開始有的。當時開發(fā)C語言編譯器的人們就想讓編譯器能夠更加簡單固翰，如果從0開始狼纬，那么編譯器實際上能夠少做很多事情，于是就多了這么一個設定骂际。隨著計算機科學的發(fā)展疗琉，后面出現(xiàn)的優(yōu)秀的語言也越來越多。但是我們所說的"C-Like”語言歉铝，也就是參照C語言來開發(fā)的語言盈简，也都繼承了C語言這一“優(yōu)良傳統(tǒng)”，因此就有了程序員數(shù)數(shù)是從0開始的這么一種說法太示。

講到這里柠贤，想必大家也就會明白之前為什么我們在循環(huán)的時候，初始值都是設定為0的了类缤。像這樣：

for (i = 0; i < 10; i++)
{
    ...
}

而不是像這樣寫(當然也沒錯)：

for (i = 1; i <= 10; i++)
{
    ...
}

這就是因為种吸，我們在使用循環(huán)的時候，經(jīng)常會配合數(shù)組一起來使用呀非，那么我們循環(huán)設置成和數(shù)組下標的計數(shù)方法一樣，有利于我們使用數(shù)組镜盯。

還是回到我們最初的那個問題岸裙，存儲班里面學生的成績，然后計算出平均值：

//Example 01
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int s[10];//假定我們班上有10個人
    int i;
    double sum = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("請輸入第 %d 位同學的成績：", i + 1);
            scanf("%d", &s[i]);
        sum += s[i];
    }
    printf("成績錄入完畢速缆，該次考試的平均分是：%.2f\n", sum/10);
    return 0;
}

程序實現(xiàn)如下：

//Consequence 01
請輸入第 1 位同學的成績：80
請輸入第 2 位同學的成績：90
請輸入第 3 位同學的成績：70
請輸入第 4 位同學的成績：66
請輸入第 5 位同學的成績：77
請輸入第 6 位同學的成績：54
請輸入第 7 位同學的成績：67
請輸入第 8 位同學的成績：86
請輸入第 9 位同學的成績：78
請輸入第 10 位同學的成績：65
成績錄入完畢降允，該次考試的平均分是：73.30

數(shù)組的初始化

在定義數(shù)組的時候同時對其各個元素進行賦值，稱為數(shù)組的初始化艺糜。在剛剛的代碼中剧董，我們定義了數(shù)組，但卻沒有在定義的時候就初始化破停，而是在循環(huán)中進行賦值翅楼。那么初始化數(shù)組一般有下面幾種方法：

1. 將數(shù)組中所有的元素初始化為0，可以這么寫：

   int a[10] = {0};
   

2. 如果要賦予不同的值真慢，用逗號分開即可：

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

3. 給部分元素賦值毅臊，剩下的自動初始化為0：

   int a[10] = {1, 2 ,3};//剩下的全部為0
   

4. 也可以偷懶只給出每個元素的值，讓編譯器自己判斷數(shù)組長度：

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

5. C99中增加了一種特性黑界，指定元素進行賦值管嬉，剩下的自動初始化為0皂林。也就是說，可以針對不連續(xù)的幾個元素賦值：

   int a[10] = { [3] = 3, [5] = 5, [8] = 8 };//編譯的時候記得加上-std=c99選項
   

那可能你會說了蚯撩，”你剛剛提到的一個問題還沒解決呢础倍！要是班里的人數(shù)變了怎么辦呢？“

沒錯胎挎，我們現(xiàn)在就來解決下這個問題沟启。

可變長數(shù)組

在C99標準推出之前，要求定義數(shù)組的時候呀癣，數(shù)組的維度必須是常量表達式或者const常量美浦，但是C99標準中，支持了變量定義數(shù)組项栏，那么浦辨，我們就可以將第一次的代碼改成這樣：

//Example 02
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int Member;
    printf("請輸入班級人數(shù)：");
    scanf("%d", &Member);
    int s[Member];//使用用戶輸入的值來確定數(shù)組的大小
    int i;
    float sum = 0;
    for (i = 0; i < Member; i++)
    {
        printf("請輸入第 %d 位同學的成績：", i + 1);
            scanf("%d", &s[i]);
        sum += s[i];
    }
    printf("成績錄入完畢，該次考試的平均分是：%.2f\n", sum/Menber);
    return 0;
}

這樣沼沈，在開始存儲成績之前流酬，先讓使用者告訴程序班里有多少學生，該開辟多大的數(shù)組列另，然后就完美解決了人數(shù)變動的問題芽腾。

注意，這里的”可變長數(shù)組“是指的數(shù)組在程序運行的時候才確定長度页衙，也就是說每一次運行都不一定一樣摊滔。但是數(shù)組一旦被創(chuàng)建，在其生命周期內就不會再改變了店乐，這是數(shù)組的根本特性艰躺。

但是，如果有的同學使用的是Visual Studio的話眨八，是不支持C99的這個特性的(我也不知道為什么巨硬不支持腺兴，明明這么好的特性)，那么就只能使用動態(tài)分配的方法來創(chuàng)建數(shù)組廉侧。放在這里來講的話有些超綱页响，后面會講到。

字符型數(shù)組

還記得之前說過段誊，C語言是沒有字符串這種類型的闰蚕。那么C語言處理字符串有兩種方法：字符串常量和字符型數(shù)組。字符串常量是指用雙引號括起來的字符串连舍，一旦確定下來就無法改變陪腌。一般我們會更多地傾向于使用更加靈活的字符型數(shù)組。這樣，數(shù)組中的每一個元素表示一個字符诗鸭，當然還要多一位來表示\0染簇。

那么接下來就講講字符串的一些方法，因為字符串實在是太重要了强岸。

獲取字符串的長度

計算字符串的長度使用strlen函數(shù)（這是長度锻弓，不是尺寸）,這個函數(shù)包含在string.h中

#include <string.h>
...
size_t strlen ( const char * str );

這個方法是不包含字符串末尾的\0的。且看下面的例子：

//Example 03
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
    char str[] = "I love Clang!";
    printf("sizeof str = %d\n", sizeof(str));
    printf("strlen str = %u\n", strlen(str));
    return 0;
}

運行結果如下：

//Consequence 03
sizeof str = 14
strlen str = 13

除了驗證不包含\0以外蝌箍，我們還可以看到青灼，strlen函數(shù)返回的是size_t而不是int。size_t被定義在stddef.h中妓盲，實際上就是無符號整型杂拨。

復制字符串

估計在第一次見到這個詞的時候，你的大腦浮現(xiàn)出來的就是使用賦值符號=悯衬，但是弹沽，這是錯的……

字符串的復制應該使用strcpy和strncpy來實現(xiàn)。

#include <string.h>
...
char *strcpy (char *dest, const char *src);
char *strncpy (char *dest, const char *src, size_t n);

不多廢話筋粗，且看下面的例子：

//Example 04
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
    char str1[] = "Original String";
    char str2[] = "New String";
    char str3[100];
    strcpy(str1, str2);
    strcpy(str3, "Successfully Copied");
    printf("\
str1: %s\n\
str2: %s\n\
str3: %s\n", \
        str1, str2, str3);
    return 0;
}

運行結果如下：

//Consequence 04
str1: New String
str2: New String
str3: Successfully Copied

但是其實這個程序是有缺陷的策橘。

我們可以看到，兩個數(shù)組的長度其實不一樣娜亿，我們現(xiàn)在是把短的復制到長的里面丽已，那么不會有問題。如果上面的str1和str2對調一下买决，那么就極有可能出問題沛婴，這就是我們等會兒要講的數(shù)組越界問題。

那么如何解決復制時的這個隱式bug呢督赤？

使用strncpy方法來復制

如果超出的字符不是很多瘸味，那么程序有可能能夠成功地運行。但是如果兩者懸殊的話够挂，那編譯運行之后，程序會報Segmentation fault藕夫。

因此在復制的時候孽糖，我們應該確保不越界，在復制之后不溢出毅贮。那么使用strncpy函數(shù)办悟，由于增加了一個參數(shù)來指定復制的字符個數(shù)，我們在編寫代碼的時候就可以規(guī)避這樣的問題滩褥。

舉個例子：

//Example 05
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
    char str1[] = "TechZone was made by HarrisWilde";
    char str2[40];
    strncpy(str2, str1, 8);
    str2[8] = '\0';
    printf("%s\n", str2);
    return 0;
}

結果如下：

//Consequence 05
TechZone

有一個地方要格外小心病蛉，strncpy函數(shù)并不會在字符串的末尾添加\0，因此在使用的時候要注意加上。

連接字符串

如果你想把一個字符串拼接到另一個后面的話铺然，就可以使用strcat和strncat兩個函數(shù)來實現(xiàn)俗孝。

#include <string.h>
...
char *strcat (char *dest, const char *src);
char *strncat (char *dest, const char *src, size_t n);

可以看到，這個函數(shù)的用法和上面復制字符串的用法完全相同魄健，strncat也就是比strcat多了一個指定復制長度的參數(shù)罷了赋铝。

需要注意的是，這個函數(shù)會自動在末尾追加一個\0沽瘦，這和復制不一樣革骨，要特別注意區(qū)分。

比較字符串

比較兩個字符串析恋，也和上面的一樣良哲，有兩個類似的函數(shù)，strcmp和strncmp助隧。

#include <string.h>
...
char *strcmp (char *dest, const char *src);
char *strncmp (char *dest, const char *src, size_t n);

采用這套函數(shù)來比較兩個字符串是否相同的時候筑凫，如果兩個字符串完全一致，那么返回的值為0喇颁。這個函數(shù)的原理是漏健，從第一個字符開始，依次對比兩個字符串中每個字符的ASCII橘霎，如果第一個字符串的ASCII小于第二個字符串對應的字符蔫浆，那么返回一個小于0的數(shù)值（通常是-1），如果大于姐叁，那就會返回一個大于0的值（通常是1）瓦盛。

strncmp則是增加了一個參數(shù)，可以用來僅比較前面n個元素外潜。

//Example 06
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
    char str1[10] = "TechZone";
    char str2[20] = "TechZone";
    if (!strcmp(str1, str2))
    {
        printf("Same!\n");
    }
    else
    {
        printf("Different!\n");
    }
    return 0;
}

運行結果為：

//Consequence 06
Same!

多維數(shù)組

有時候原环，使用數(shù)組來存儲還是不夠方便，比如处窥，老師讓你做一個全班全部科目的成績的分析嘱吗。如果利用我們剛剛所學習的數(shù)組知識，你可能會這么寫：

//Example 07
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int chinese[50];
    int math[50];
    int English[50];
    int science[50];
    ...
}

但是如果我們使用二維數(shù)組的話滔驾，那么只需要定義一次就行了谒麦。

假設我們有6科。

那么就這樣：

//Example 07 V2
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int score[6][50];
    ...
}

這其實就像一個表格一樣哆致，二維數(shù)組通常也被稱為矩陣（matrix）绕德，將二維數(shù)組寫成行和列的表示形式，可以形象地幫我們解決一些問題摊阀。

訪問二維數(shù)組也和普通的數(shù)組一樣耻蛇，也是從0開始計數(shù)的踪蹬，只不過下標隨著維度的變化會增加罷了（比如二維數(shù)組就有2個下標）。

二維數(shù)組的初始化

1. 二維數(shù)組在內存中是線性存放的臣咖，因此可以將所有的數(shù)據(jù)寫在一個大括號內：

   int a[2][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
   

   這樣就是先將第一行的三個元素初始化跃捣，然后再初始化第二行的元素。

2. 為了更直觀地表達我們可以這么寫：

   int a[2][3] = {
       {1, 2, 3},
       {4, 5, 6}
   };
   

3. 二維數(shù)組也可以僅對部分元素賦值：

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

   這樣寫只是對各行的第一列元素賦值亡哄，其余的全部為0.

4. 如果希望全部為0枝缔，那么可以這么寫：

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

5. C99中增加的指定賦值的特性，這里也可以適用蚊惯。其余未被操作的元素為0愿卸。

   int a[2][3] = {[0][0] = 1, [1][2] = 6};
   

6. 二維數(shù)組也可以偷懶，但是只有第一維度的元素個數(shù)可以不寫截型，其他的都要寫上：

   int a[][3] = {
       {1, 2, 3},
       {4, 5, 6}
   };
   

數(shù)組越界

我們剛剛說過了趴荸，我們在寫程序的時候，盡量要把越界的情況通過代碼的努力來規(guī)避宦焦。那么发钝，可能有的小伙伴比較感興趣，如果越界了波闹，會發(fā)生什么呢酝豪？

那好，咱們就來試試精堕。

//Example 08
#include <stdio.h>

void f();

int main(void)
{
    f();
    return 0;
}

void f()
{
    int a[10];
    a[10] = 0;//這里我們寫到了一個不存在的下標里面
}

我們來跑一下這個程序孵淘。

筆者使用的Visual Studio 2019給出了以下的錯誤提示：

//Consequence 08
Run-Time Check Failure #2 - Stack around the variable 'a' was corrupted.

它發(fā)現(xiàn)了我在寫入一個錯誤的地址。并且還給了我兩個warning：

警告  C6201   索引“10”超出了“0”至“9”的有效范圍(對于可能在堆棧中分配的緩沖區(qū)“a”)歹篓。
警告  C6386   寫入到“a”時緩沖區(qū)溢出: 可寫大小為“40”個字節(jié)瘫证，但可能寫入了“44”個字節(jié)。   

如果我們像普通程序員一樣庄撮，不管代碼warning背捌，直接強制執(zhí)行，試試會發(fā)生什么洞斯。

為了更直觀體現(xiàn)毡庆，我們把代碼改成這樣：

//Example 08
#include <stdio.h>

void f();

int main(void)
{
    f();
    printf("Here\n");//我們加了這句，如果函數(shù)正常執(zhí)行完畢了烙如，就可以看到這個語句的輸出
    return 0;
}

void f()
{
    int a[10];
    a[10] = 0;
}

還是出現(xiàn)了這句：

Run-Time Check Failure #2 - Stack around the variable 'a' was corrupted.

控制臺上面沒有看到Here的輸出么抗，說明函數(shù)還沒有執(zhí)行完，程序就已經(jīng)崩潰了厅翔，根本沒辦法執(zhí)行到輸出。

但是搀突，為什么編譯器沒有給我error刀闷，而是給了我warning呢？

有的編譯器可能連warning都沒有。

實際上甸昏，我們在對a[10]寫入的時候顽分，其實是成功了的。只不過我們把a[10]寫在了一個不該寫的地方（實際上就是這段數(shù)組內存的后面）施蜜，干擾到了其他東西的運行卒蘸，程序就有可能會崩潰。如果后面的內存為空或者是沒有被回收的垃圾內存翻默，那么就沒關系缸沃，但是如果是有用的內存，出問題就很正常了修械。

有時候我們寫了一個程序趾牧，可能這次運行沒問題，下一次運行就出錯肯污，或者是在我的電腦上可以翘单，在你的電腦上就不行了等等，都有可能是數(shù)組越界蹦渣，或者是我們后面要學的指針出錯了哄芜。我們作為創(chuàng)造代碼的人，有責任通過代碼上的設計柬唯，來規(guī)避這樣的問題认臊，避免程序的崩潰。

長度為0的數(shù)組权逗？

有的同學可能會異想天開美尸，說，我可不可以定義一個長度為0的數(shù)組呢斟薇？

類似于這樣：

int a[0];

答案是师坎，完全沒問題！

不信的話可以去試試堪滨，編譯可以通過的胯陋，只不過這樣的數(shù)組不存在任何意義，因為沒有符合要求的下標袱箱。我們說遏乔，最大的下標就是元素個數(shù)-1，那么发笔，-1顯然不是一個合法的下標盟萨。所以這樣的操作可行，但是沒有任何意義了讨。

好了捻激，本節(jié)內容就到這里了制轰，希望你能夠從中有所收獲哦！