第6章 C语言数组总结
数组的定义方式：
dataType arrayName[length];
dataType 为数据类型，arrayName 为数组名称，length 为数组长度。
#include <stdio.h>
int main(){
int nums[10];
//依次输出数组元素
for(int i=0; i<10; i++){
printf("%d ", nums[i]);
}
return 0;
}
- vs2022+64下的运行结果为：
这里局部数组没有初始化直接使用，在vstudio2022下能够直接运行，没有报错，不像前面的对一个局部变量没有初始化直接使用，在vstudio2022上会直接编译报错(如果对这个没有初始化的局部变量不使用，程序编译，运行还是不会报错的)，而这里能够直接编译运行，没法发生错误(推测对于局部数组，数组名是一个指针，我们使用这个没有初始化的局部数组的元素，是通过数组名+下标即通过指针的方式访问，所以才没有报错，不知道推测对不对)，但是vstudio2022会有警告信息：
- clion+64下的运行结果为：
#include <stdio.h>
int main(){
int nums[10];
int i;
//从控制台读取用户输入
for(i=0; i<10; i++){
scanf("%d", &nums[i]); //注意取地址符 &，不要遗忘哦
}
//依次输出数组元素
for(i=0; i<10; i++){
printf("%d ", nums[i]);
}
return 0;
}
注意，上面代码里的scanf函数，在vstudio2022里面，要替换成scanf_s，不然会报错。
数组是一个整体，它的内存是连续的；也就是说，数组元素之间是相互挨着的，彼此之间没有一点点缝隙。下图演示了int a[4];在内存中的存储情形：
「数组内存是连续的」这一点很重要，连续的内存为指针操作（通过指针来访问数组元素）和内存处理（整块内存的复制、写入等）提供了便利，这使得数组可以作为缓存（临时存储数据的一块内存）使用。
上面的代码是先定义数组再给数组赋值，我们也可以在定义数组的同时赋值，例如：
int a[4] = {20, 345, 700, 22};
对于数组的初始化需要注意以下几点：
- 可以只给部分元素赋值。当{ }中值的个数少于元素个数时，只给前面部分元素赋值。当赋值的元素少于数组总体元素的时候，剩余的元素自动初始化为 0：
- 对于short、int、long，就是整数 0；
- 对于char，就是字符 '\0'；
- 对于float、double，就是小数 0.0。
int a[10]={12, 19, 22 , 993, 344};
表示只给 a[0]~a[4] 5个元素赋值，而后面 5 个元素自动初始化为 0。
- 只能给元素逐个赋值，不能给数组整体赋值。例如给 10 个元素全部赋值为 1，只能写作：
int a[10] = {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1};
而不能写作：
int a[10] = 1;
- 如给全部元素赋值，那么在定义数组时可以不给出数组长度。例如：
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};
等价于：
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
二维数组定义的一般形式是：
dataType arrayName[length1][length2];
其中，dataType 为数据类型，arrayName 为数组名，length1 为第一维下标的长度，length2 为第二维下标的长度。
二维数组在概念上是二维的，但在内存中是连续存放的；换句话说，二维数组的各个元素是相互挨着的，彼此之间没有缝隙。那么，如何在线性内存中存放二维数组呢？有两种方式：
- 一种是按行排列， 即放完一行之后再放入第二行；
- 另一种是按列排列， 即放完一列之后再放入第二列。
在C语言中，二维数组是按行排列的。也就是先存放 a[0] 行，再存放 a[1] 行，最后存放 a[2] 行；每行中的 4 个元素也是依次存放。数组 a 为 int 类型，每个元素占用 4 个字节，整个数组共占用 4×(3×4)=48 个字节。 你可以这样认为，二维数组是由多个长度相同的一维数组构成的。
#include <stdio.h>
int main() {
int i, j; //二维数组下标
int sum = 0; //当前科目的总成绩
int average; //总平均分
int v[3]; //各科平均分
int a[5][3]; //用来保存每个同学各科成绩的二维数组
printf("Input score:\n");
for (i = 0; i < 3; i++) {
for (j = 0; j < 5; j++) {
scanf_s("%d", &a[j][i]); //输入每个同学的各科成绩
sum += a[j][i]; //计算当前科目的总成绩
}
v[i] = sum / 5; // 当前科目的平均分
sum = 0;
}
average = (v[0] + v[1] + v[2]) / 3;
printf("Math: %d\nC Languag: %d\nEnglish: %d\n", v[0], v[1], v[2]);
printf("Total: %d\n", average);
return 0;
}
二维数组的初始化可以按行分段赋值，也可按行连续赋值。例如，对于数组 a[5][3]，
- 按行分段赋值应该写作：
int a[5][3]={ {80,75,92}, {61,65,71}, {59,63,70}, {85,87,90}, {76,77,85} };
- 按行连续赋值应该写作：
int a[5][3]={80, 75, 92, 61, 65, 71, 59, 63, 70, 85, 87, 90, 76, 77, 85};
这两种赋初值的结果是完全相同的。
对于二维数组的初始化还要注意以下几点：
- 可以只对部分元素赋值，未赋值的元素自动取“零”值。例如：
int a[3][3] = {{1}, {2}, {3}};
是对每一行的第一列元素赋值，未赋值的元素的值为 0。赋值后各元素的值为：
再如：
int a[3][3] = {{0,1}, {0,0,2}, {3}};
赋值后各元素的值为：
- 如果对全部元素赋值，那么第一维的长度可以不给出。例如：
int a[3][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
可以写为：
int a[][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
- 二维数组可以看作是由一维数组嵌套而成的；如果一个数组的每个元素又是一个数组，那么它就是二维数组。当然，前提是各个元素的类型必须相同。根据这样的分析，一个二维数组也可以分解为多个一维数组，C语言允许这种分解。例如，二维数组a[3][4]可分解为三个一维数组，它们的数组名分别为 a[0]、a[1]、a[2]。这三个一维数组可以直接拿来使用。这三个一维数组都有 4 个元素，比如，一维数组 a[0] 的元素为 a[0][0]、a[0][1]、a[0][2]、a[0][3]。
字符数组实际上是一系列字符的集合，也就是字符串（String）。在C语言中，没有专门的字符串变量，没有string类型，通常就用一个字符数组来存放一个字符串。C语言规定，可以将字符串直接赋值给字符数组，例如：
char str[30] = {"www.baidu.xyz"};
char str[30] = "www.baidu.xyz"; //这种形式更加简洁，实际开发中常用
为了方便，你也可以不指定数组长度，从而写作：
char str[] = {"www.baidu.xyz"};
char str[] = "www.baidu.xyz"; //这种形式更加简洁，实际开发中常用
给字符数组赋值时，我们通常使用这种写法，将字符串一次性地赋值（可以指明数组长度，也可以不指明），而不是一个字符一个字符地赋值，那样做太麻烦了。
char a[10]; //一维字符数组
char b[5][10]; //二维字符数组
char c[20]={'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a','m'}; // 给部分数组元素赋值
char d[]={'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a', 'm' }; //对全体元素赋值时可以省去长度
这里需要留意一个坑，字符数组只有在定义时才能将整个字符串一次性地赋值给它，一旦定义完了，就只能一个字符一个字符地赋值了。请看下面的例子：
char str[7]; str = "abc123"; //错误 //正确 str[0] = 'a'; str[1] = 'b'; str[2] = 'c'; str[3] = '1'; str[4] = '2'; str[5] = '3';
字符串是一系列连续的字符的组合，要想在内存中定位一个字符串，除了要知道它的开头，还要知道它的结尾。找到字符串的开头很容易，知道它的名字（字符数组名或者字符串名）就可以；然而，如何找到字符串的结尾呢？C语言的解决方案有点奇妙，或者说有点奇葩。 在C语言中，字符串总是以'\0'作为结尾，所以'\0'也被称为字符串结束标志，或者字符串结束符。'\0'是 ASCII 码表中的第 0 个字符，英文称为 NUL，中文称为“空字符”。该字符既不能显示，也没有控制功能，输出该字符不会有任何效果，它在C语言中唯一的作用就是作为字符串结束标志。
- C语言在处理字符串时，会从前往后逐个扫描字符，一旦遇到'\0'就认为到达了字符串的末尾，就结束处理。'\0'至关重要，没有'\0'就意味着永远也到达不了字符串的结尾。
- 由" "包围的字符串会自动在末尾添加'\0'。(个人：这应该是编译器自动干的)例如，"abc123"从表面看起来只包含了 6 个字符，其实不然，C语言会在最后隐式地添加一个'\0'，这个过程是在后台默默地进行的，所以我们感受不到。下图演示了"C program"在内存中的存储情形：
- 需要注意的是，逐个字符地给数组赋值并不会自动添加'\0'，例如：
char str[] = {'a', 'b', 'c'};
数组 str 的长度为 3，而不是 4，因为最后没有'\0'。
- 当用字符数组存储字符串时，要特别注意'\0'，要为'\0'留个位置；这意味着，字符数组的长度至少要比字符串的长度大 1。请看下面的例子：
char str[7] = "abc123";
"abc123"看起来只包含了 6 个字符，我们却将 str 的长度定义为 7，就是为了能够容纳最后的'\0'。如果将 str 的长度定义为 6，它就无法容纳'\0'了。
有些时候，程序的逻辑要求我们必须逐个字符地为数组赋值，这个时候就很容易遗忘字符串结束标志'\0'。下面的代码中，我们将 26 个大写英文字符存入字符数组，并以字符串的形式输出：
#include <stdio.h>
int main(){
char str[30];
char c;
int i;
for(c=65,i=0; c<=90; c++,i++){
str[i] = c;
}
printf("%s\n", str);
return 0;
}
在函数内部定义的变量、数组、结构体、共用体等都称为局部数据。在很多编译器下，局部数据的初始值都是随机的、无意义的，而不是我们通常认为的“零”值。本例中的 str 数组在定义完成以后并没有立即初始化，所以它所包含的元素的值都是随机的，只有很小的概率会是“零”值。循环结束以后，str 的前 26 个元素被赋值了，剩下的 4 个元素的值依然是随机的，不知道是什么。
printf() 输出字符串时，会从第 0 个元素开始往后检索，直到遇见'\0'才停止，然后把'\0'前面的字符全部输出，这就是 printf() 输出字符串的原理。本例中我们使用 printf() 输出 str，按理说到了第 26 个元素就能检索到'\0'，就到达了字符串的末尾，然而事实却不是这样，由于我们并未对最后 4 个元素赋值，所以第 26 个元素不是'\0'，第 27 个也不是，第 28 个也不是……可能到了第 50 个元素才遇到'\0'，printf() 把这 50 个字符全部输出出来，就是上面的样子，多出来的字符毫无意义，甚至不能显示。
数组总共才 30 个元素，到了第 50 个元素不早就超出数组范围了吗？是的，的确超出范围了！然而，数组后面依然有其它的数据，printf() 也会将这些数据作为字符串输出。
你看，不注意'\0'的后果有多严重，不但不能正确处理字符串，甚至还会毁坏其它数据。要想避免这些问题也很容易，在字符串的最后手动添加'\0'即可。修改上面的代码，在循环结束后添加'\0'：
#include <stdio.h>
int main(){
char str[30];
char c;
int i;
for(c=65,i=0; c<=90; c++,i++){
str[i] = c;
}
str[i] = 0; //此处为添加的代码，也可以写作 str[i] = '\0';根据 ASCII 码表，字符'\0'的编码值就是 0。
printf("%s\n", str);
return 0;
}
如果只初始化部分数组元素，那么剩余的数组元素也会自动初始化为“零”值，所以我们只需要将 str 的第 0 个元素赋值为 0，剩下的元素就都是 0 了。
所谓字符串长度，就是字符串包含了多少个字符（不包括最后的结束符'\0'）。例如"abc"的长度是 3，而不是 4。 在C语言中，我们使用string.h头文件中的 strlen() 函数来求字符串的长度，它的用法为：
length strlen(strname);
strname 是字符串的名字，或者字符数组的名字；length 是使用 strlen() 后得到的字符串长度，是一个整数。
#include <stdio.h>
#include <string.h> //记得引入该头文件
int main(){
char str[] = "https://www.baidu.com";
long len = strlen(str);
printf("The lenth of the string is %ld.\n", len);
return 0;
}
在C语言中，有两个函数可以在控制台（显示器）上输出字符串，它们分别是：
- puts()：输出字符串并自动换行，该函数只能输出字符串。
- printf()：通过格式控制符%s输出字符串，不能自动换行。除了字符串，printf() 还能输出其他类型的数据。
#include <stdio.h>
int main(){
char str[] = "http://www.baidu.com";
printf("%s\n", str); //通过字符串名字输出
printf("%s\n", "http://www.baidu.com"); //直接输出
puts(str); //通过字符串名字输出
puts("http://www.baidu.com"); //直接输出
return 0;
}
注意，输出字符串时只需要给出名字，不能带后边的[ ]，例如，下面的两种写法都是错误的：
printf("%s\n", str[]);
puts(str[10]);
在C语言中，有两个函数可以让用户从键盘上输入字符串，它们分别是：
- scanf()：通过格式控制符%s输入字符串。除了字符串，scanf() 还能输入其他类型的数据。
- gets()：直接输入字符串，并且只能输入字符串。
- scanf() 读取字符串时以空格为分隔，遇到空格就认为当前字符串结束了，所以无法读取含有空格的字符串。(个人实操：遇到空格应该是当前要读取的字符串结束了，按下回车键应该是当前在控制台的手工输入结束，scanf执行结束，空格之前的作为当前的scanf要读取的字符串，而空格之后的我们多输入的字符串作为这个scanf函数功能的一部分被保存到缓冲区，按下回车键标志着我们结束这个scanf函数的执行，程序逻辑继续执行下一条代码)
- gets() 认为空格也是字符串的一部分，只有遇到回车键时才认为字符串输入结束，所以，不管输入了多少个空格，只要不按下回车键，对 gets() 来说就是一个完整的字符串。换句话说，gets() 用来读取一整行字符串。
#include <stdio.h>
int main(){
char str1[30] = {0};
char str2[30] = {0};
char str3[30] = {0};
//gets() 用法
printf("Input a string: ");
gets(str1);
//scanf() 用法
printf("Input a string: ");
scanf("%s", str2);
scanf("%s", str3);
printf("\nstr1: %s\n", str1);
printf("str2: %s\n", str2);
printf("str3: %s\n", str3);
return 0;
}
注意，scanf() 在读取数据时需要的是数据的地址，这一点是恒定不变的，所以，
- 对于 int、char、float 等类型的变量都要在前边添加&以获取它们的地址。
- 字符串名字或者数组名字在使用的过程中一般都会转换为地址，所以再添加&就是多此一举，甚至会导致错误了。
以上是 scanf() 和 gets() 的一般用法，很多教材也是这样讲解的，所以大部分初学者都认为 scanf() 不能读取包含空格的字符串，不能替代 gets()。其实不然，scanf() 的用法还可以更加复杂和灵活，它不但可以完全替代 gets() 读取一整行字符串，而且比 gets() 的功能更加强大。比如，以下功能都是 gets() 不具备的：
- scanf() 可以控制读取字符的数目；
- scanf() 可以只读取指定的字符；
- scanf() 可以不读取某些字符；
- scanf() 可以把读取到的字符丢弃。
C语言提供了丰富的字符串处理函数，可以对字符串进行输入、输出、合并、修改、比较、转换、复制、搜索等操作，使用这些现成的函数可以大大减轻我们的编程负担。
- 用于输入输出的字符串函数，例如printf、puts、scanf、gets等，使用时要包含头文件stdio.h，
- 而使用其它字符串函数要包含头文件string.h。string.h是一个专门用来处理字符串的头文件，它包含了很多字符串处理函数，点击这里查阅所有函数。
字符串连接函数 strcat()：
strcat 是 string catenate 的缩写，意思是把两个字符串拼接在一起，语法格式为：
strcat(arrayName1, arrayName2);
- strcat() 将把 arrayName2 连接到 arrayName1 后面，并删除原来 arrayName1 最后的结束标志'\0'。这意味着，arrayName1 必须足够长，要能够同时容纳 arrayName1 和 arrayName2，否则会越界（超出范围）。
- strcat() 的返回值为 arrayName1 的地址。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(){
char str1[100]="The URL is ";
char str2[60];
printf("Input a URL: ");
gets(str2);
strcat(str1, str2);
puts(str1);
return 0;
}
字符串复制函数 strcpy()：
strcpy 是 string copy 的缩写，意思是字符串复制，也即将字符串从一个地方复制到另外一个地方，语法格式为：
strcpy(arrayName1, arrayName2);
strcpy() 会把 arrayName2 中的字符串拷贝到 arrayName1 中，字符串结束标志'\0'也一同拷贝。请看下面的例子：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(){
char str1[50] = "雄关漫道真如铁，abcdefghijklmn";
char str2[50] = "www.baidu.com/";
strcpy(str1, str2);
printf("str1: %s\n", str1);
return 0;
}
将 str2 复制到 str1 后，str1 中原来的内容就被覆盖了。 另外，strcat() 要求 arrayName1 要有足够的长度，否则不能全部装入所拷贝的字符串。
字符串比较函数 strcmp()：
strcmp 是 string compare 的缩写，意思是字符串比较，语法格式为：
strcmp(arrayName1, arrayName2);
arrayName1 和 arrayName2 是需要比较的两个字符串。
字符本身没有大小之分，strcmp() 以各个字符对应的 ASCII 码值进行比较。strcmp() 从两个字符串的第 0 个字符开始比较，如果它们相等，就继续比较下一个字符，直到遇见不同的字符，或者到字符串的末尾。
返回值：
- 若 arrayName1 和 arrayName2 相同，则返回0；
- 若 arrayName1 大于 arrayName2，则返回大于 0 的值；
- 若 arrayName1 小于 arrayName2，则返回小于0 的值。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(){
char a[] = "aBcDeF";
char b[] = "AbCdEf";
char c[] = "aacdef";
char d[] = "aBcDeF";
printf("a VS b: %d\n", strcmp(a, b));
printf("a VS c: %d\n", strcmp(a, c));
printf("a VS d: %d\n", strcmp(a, d));
return 0;
}
- 插入和删除数组元素都要移动内存，甚至重新开辟一块内存，这是相当消耗资源的。如果一个程序中有大量的此类操作，那么程序的性能将堪忧，这有悖于「C语言非常高效」的初衷，所以C语言并不支持动态数组。
- 另外，很多时候我们需要把数组的地址保存到一个变量里面（等大家学到指针时就会见到这种情况），如果数组重新开辟了内存，而变量里面的地址不跟着改变的话，后续再使用该变量就会导致错误。让C语言本身去维护这些变量的值，以保持同步更新，这又是不可能做到的，所以这个矛盾无法从根本上解决。
总之，为了保证程序执行效率，为了防止操作错误，C语言只支持静态数组，不支持动态数组。
C语言为了提高效率，保证操作的灵活性，并不会对越界行为进行检查，即使越界了，也能够正常编译，只有在运行期间才可能会发生问题。请看下面的代码：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[3] = {10, 20, 30}, i;
for(i=-2; i<=4; i++){
printf("a[%d]=%d\n", i, a[i]);
}
return 0;
}
越界访问的数组元素的值都是不确定的，没有实际的含义，因为数组之外的内存我们并不知道是什么，可能是其它变量的值，可能是函数参数，可能是一个地址，这些都是不可控的。
- 由于C语言的”放任“，我们访问数组时必须非常小心，要确保不会发生越界。 当发生数组越界时，如果我们对该内存有使用权限，那么程序将正常运行，但会出现不可控的结果（如上例所示）；
- 如果我们对该内存没有使用权限，或者该内存压根就没有被分配，那么程序将会崩溃。
请看下面的例子：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[3];
printf("%d", a[10000]);
return 0;
}
在 VS2010 下运行，会出现运行时错误：
在 C-Free 5.0 下运行，会弹出程序停止工作的对话框：
每个程序能使用的内存都是有限的，该程序要访问 4*10000 字节处的内存，显然太远了，超出了程序的访问范围。这个地方的内存可能没有被分配，可能是系统本身占用的内存，可能是其它数据的内存，如果放任这种行为，将带来非常危险的后果，操作系统只能让程序停止运行。
当赋予数组的元素个数超过数组长度时，就会发生溢出（Overflow）。如下所示：
int a[3] = {1, 2, 3, 4, 5};
发现数组溢出时会报错，禁止编译通过。
