探秘C语言数组：解锁高效数据管理与多维空间编程技巧"

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所属专栏：C语言学习

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引言

前面贝蒂给大家介绍了选择结构与循环结构，今天，贝蒂准备给大家介绍C语言中一个非常重要的结构——数组

1. 数组的定义

数组到底是什么呢，顾名思义就是很多数的集合，其大致满足下面两个条件：

1. 这些数的类型必须相同。

2. 这些数在内存中必须是连续存储的。

• 换句话说，数组就是在内存中连续存储的具有相同类型的一组数据的集合。
• 数组分为⼀维数组和多维数组，多维数组⼀般⽐较多⻅的是⼆维数组。

2. 一维数组

2.1创建与初始化

(1) 创建

一维数组的定义方式如下：

类型说明符 数组名[常量表达式];

1. 类型说明符就是我们常用的存储类型（char int float double....)，当然也可以自定义类型。

2. 数组名就是我们为其取的名字，最好简单易懂，方便别人阅读。

3. [] 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

• 注意：在C99之后C语言语法是支持变长数组的，即[]中可以是未知数，但是VS2022编译器是不支持的。

例如：

int arr[5];//表示此时数组arr中有 5 个元素，每个元素都是 int 型变量
char arr2[6];
float arr3[7];
double arr4[1 + 4];//也可以是一个表达式

(2) 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，这种就称为初始化。那数组如何初始化呢？数组的初始化⼀般使⽤⼤括号，将需要初始化的数据放在⼤括号中。

初始化分为两种：完全初始化和不完全初始化

int arr1[4] = { 1,2,3,4 };//完全初始化
int arr2[4] = { 1,2,3 };//不完全初始化，剩余元素默认为0
char arr3[10] = "hello ";//初始化字符串
int arr4[];//错误初始化

• 如果进行初始化，可以不在[]声明有几个元素，数组会默认初始化几个元素，数组大小就是几个元素，但是不初始化就一定要声明有几个元素，否则就会报错。

2.2 数组输入和输出

(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（而不是1），假设数组有n个元素，最后⼀个元素的下标是n-1，例如：int arr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}，其下标如下图所示：

arr	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
下标	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

(2) 输入

其实数组输入和我们平常输入差不多，只是输入对象换成了数组。

int main()
{
	int arr[10];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		scanf("%d", &arr[i]);//循环像数组中输入元素
	}
	return 0;
}

(3) 输出

输出也是同理，我们可以利用循环输出其数组的每一个元素。

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]);//循环输出
	}
	return 0;
}

2.3 数组的内存存储

(1) 数组名

C语言规定数组名表示首元素地址，也就是说arr==&arr[0]，我们可以通过以下代码来证明：

int main()
{
	int arr[2] = { 1,2 };
	if (arr == &arr[0])
	{
		printf("地址相同\n");
	}
	else
	{
		printf("地址不相同");
	}
	return 0;
}

(2) 数组元素的存储

我们知道了数组名表示首元素的地址之后，那么接下来我们可以探究数组每个元素在内存中又是怎样存储的呢，我们将其每个元素的地址打印出观察。

#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;
}

输出结果：

从上述地址观察，地址是由⼩到⼤变化的，90，94，98......每次的增量是4，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），就可以很容易得出结论：数组在内存中存储是连续的，理解到这一点，就能为以后指针的学习打好基础。

arr	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
下标	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

2.4 一维数组例题

题目：求任意十个整数的和与平均数。

思路：我们可以先将十个数输入一个数组中，然后循环求其和，在求平均数。

• 注意：虽然是是个整数，但是最后结果可能是浮点数。

代码参考如下：

int main()
{
	int arr[10];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		scanf("%d", &arr[i]);//循环输入
	}
	int sum = 0;//和
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		sum += arr[i];
	}
	float avr = sum / 10.0;
	printf("这十个数和为%d平均数为%.1f", sum,avr);
	return 0;
}

3. 二维数组

前⾯我们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创建数组，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。

3.1 创建与初始化

(1) 创建

二维数组定义的一般形式为：

1. 类型说明符 数组名[ 常量表达式][ 常量表达式];

• 类比一维数组的定义，只不过二维数组第一个常量表达式表示行，第二个常量表达式表示列。

例如：

int arr[5][5];//创建五行五列的二维数组
char arr2[3][5];//字符型二维数组
float arr3[4][5];//浮点型二维数组

(2) 初始化

二维数组的初始化和一维数组的初始化类似，像⼀维数组⼀样，也是使⽤⼤括号初始化的。

int arr1[3][3] = { 1,2 };//不完全初识化

示意图：

1	2	0
0	0	0
0	0	0

• 不完全初始化剩下元素默认初始化为0。

int arr2[3][3] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };//完全初始化

示意图：

1	2	3
4	5	6
7	8	9

int arr3[3][3] = { {1,2},{2,3} };//按照行初始化

示意图：

1	2	0
2	3	0
0	0	0

• 按行初始化，剩下未初始化的元素默认为0.

int arr4[][3] = { 1,2,3 };//省略行

​ 示意图：

1	2	3

int arr5[3][];//错误初始化
int arr6[][];//错误初始化

• 二维数组规定只能省略行，不能省略列。

3.2数组的输入和输出

(1) 数组下标

⼆维数组访问和一维数组类似，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，例如：int arr[3][3]={1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}；

示意图：

行/列	0	1	2
0	1	2	3
1	4	5	6
2	7	8	9

(2) 输入

分别循环输入行和列，思路大致和输入一维数组相同。

int main()
{
	int arr[3][3] = {0};
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)//输入行
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < 3; j++)//输入列
		{
			scanf("%d", &arr[i][j]);
		}
	}
	return 0;

}

(3) 输出

输出自然也与一维数组大致相同，利用循环依次输出。

int main()
{
	int arr[3][3] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < 3; j++)
		{
			printf("%d ", arr[i][j]);
		}
		printf("\n");//输出一行后换行
	}
	return 0;
}

3.3 二维数组的存储

(1) 数组名

二维数组的数组名也是一个地址，那和一维数组的数组名有何不同呢，其实二维数组的数组名表示的是第一行的地址，但可能大家还是有下面的疑惑：

int main()
{
	int arr[3][3] = { 0 };
	printf("%p,%p\n", arr，&arr[0][0]);
	return 0;
}

为什么明明二维数组名代表的是第一行的地址，那么为什么和第一个元素的地址相同呢，其实和字符串的存储一样，如果将所有地址表示出来，太浪费内存，而数组在内存中是连续存储的，所以找到首元素的地址，就能找到一行中所有元素的地址。所以就以首元素地址代表第一行的地址。

(2) 二维数组元素的存储

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：

int main()
{
	int arr[3][3] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < 3; j++)
		{
			printf("arr[%d][%d]=%p ",i,j, &arr[i][j]);
		}
		printf("\n");//输出一行后换行
	}
	return 0;
}

​ 输出如下：

通过对上面地址的观察，我们知道二维数组也是在内存中连续存储的，并且arr[0][2]和arr[1][0]的地址之间也差4个字节（byte），所以内存存储如下：

arr	1	2	3	4	5	6	7	8	9
下标	0，0	0，1	0，2	1，0	1，1	1，2	2，0	2，1	2，2

3.4 二维数组例题

题目：输入六个数到2行3列的二维数组arr中， 将二维数组arr1中的数组元素转置，即行列互换，存储到3行2列的二维数组arr2中，输出二维数组arr2中的数组元素。

思路：就是循环输入，在转置（行与列交换），最后输出。

代码如下：

int main()
{
	int arr1[2][3];
	int arr2[3][2];
	int i = 0;
	int j = 0;
	for (i = 0; i < 2; i++)
	{
		for (j = 0; j < 3; j++)
		{
			scanf("%d", & arr1[i][j]);
		}
	}
	for (i = 0; i < 2; i++)
	{
		for (j = 0; j < 3; j++)
		{
			arr2[j][i] = arr1[i][j];//转置
		}
	}
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		for (j = 0; j < 2; j++)
		{
			printf("%d ", arr2[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
	return 0;
}

4. 变长数组

4.1概 念

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。

例如：

int arr1[10];
char arr2[4];
int arr3[] = {1,2,3};

• 但是这样的语法限制，让我们创建数组就不够灵活，有时候数组⼤了浪费空间，有时候数组⼜⼩了不够⽤，所以在C99中给⼀个变⻓数组（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。

4.2用法

例如：

int n;
scanf("%d",&n);
int arr1[n];

• 变⻓数组的根本特征，就是数组⻓度只有运⾏时才能确定，所以变⻓数组不能初始化。