1.C语言数组的概念

在《更加优美的C语言输出》一节中我们举了一个例子,是输出一个 4×4 的整数矩阵,代码如下:
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. int main()
  4. {
  5. int a1=20, a2=345, a3=700, a4=22;
  6. int b1=56720, b2=9999, b3=20098, b4=2;
  7. int c1=233, c2=205, c3=1, c4=6666;
  8. int d1=34, d2=0, d3=23, d4=23006783;
  9. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", a1, a2, a3, a4);
  10. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", b1, b2, b3, b4);
  11. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", c1, c2, c3, c4);
  12. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", d1, d2, d3, d4);
  13. system("pause");
  14. return 0;
  15. }

运行结果:
20        345       700       22
56720     9999      20098     2
233       205       1         6666
34        0         23        23006783
矩阵共有 16 个整数,我们为每个整数定义了一个变量,也就是 16 个变量。那么,为了减少变量的数量,让开发更有效率,能不能为多个数据定义一个变量呢?比如,把每一行的整数放在一个变量里面,或者把 16 个整数全部都放在一个变量里面。
 
我们知道,要想把数据放入内存,必须先要分配内存空间。放入4个整数,就得分配4个int类型的内存空间:
  1. int a[4];
这样,就在内存中分配了4个int类型的内存空间,共 4×4=16 个字节,并为它们起了一个名字,叫a。
 
我们把这样的一组数据的集合称为数组(Array),它所包含的每一个数据叫做数组元素(Element),所包含的数据的个数称为数组长度(Length),例如int a[4];就定义了一个长度为4的整型数组,名字是a。
 
数组中的每个元素都有一个序号,这个序号从0开始,而不是从我们熟悉的1开始,称为下标(Index)。使用数组元素时,指明下标即可,形式为:
  1. arrayName[index]

arrayName 为数组名称,index 为下标。例如,a[0] 表示第0个元素,a[3] 表示第3个元素。
 
接下来我们就把第一行的4个整数放入数组:
  1. a[0]=20;
  2. a[1]=345;
  3. a[2]=700;
  4. a[3]=22;

这里的0、1、2、3就是数组下标,a[0]、a[1]、a[2]、a[3] 就是数组元素。
 
我们来总结一下数组的定义方式:
  1. dataType arrayName[length];

dataType 为数据类型,arrayName 为数组名称,length 为数组长度。例如:
  1. float m[12];
  2. char ch[9];

 
注意:
1) 数组中每个元素的数据类型必须相同,对于int a[4];,每个元素都必须为 int。
 
2) 数组下标必须是整数,取值范围为 0 ≥ index > length。
 
3) 数组是一个整体,它的内存是连续的,下面是int a[4];的内存示意图:
 

①.数组的初始化

 
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:
  1. int a[4] = {20, 345, 700, 22};

{ }中的值即为各元素的初值,各值之间用,间隔。
 
对数组赋初值需要注意以下几点:
1) 可以只给部分元素赋初值。当{ }中值的个数少于元素个数时,只给前面部分元素赋值。例如:
  1. 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个元素自动赋0值(int 类型变量的默认值就是0)。
 
2) 只能给元素逐个赋值,不能给数组整体赋值。例如给十个元素全部赋1值,只能写为:
  1. int a[10]={1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1};

而不能写为:
  1. int a[10]=1;

3) 如给全部元素赋值,那么在数组定义时可以不给出数组的长度。例如:
  1. int a[]={1,2,3,4,5};

等价于
  1. int a[5]={1,2,3,4,5};

 
最后,我们借助数组来输出一个 4×4 的矩阵:
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. int main()
  4. {
  5. int a[4] = {20, 345, 700, 22};
  6. int b[4] = {56720, 9999, 20098, 2};
  7. int c[4] = {233, 205, 1, 6666};
  8. int d[4] = {34, 0, 23, 23006783};
  9. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", a[0], a[1], a[2], a[3]);
  10. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", b[0], b[1], b[2], b[3]);
  11. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", c[0], c[1], c[2], c[3]);
  12. printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", d[0], d[1], d[2], d[3]);
  13. system("pause");
  14. return 0;
  15. }

2.C语言二维数组

上节讲解的数组可以看作是一行连续的数据,只有一个下标,称为一维数组。在实际问题中有很多量是二维的或多维的,因此C语言允许构造多维数组。多维数组元素有多个下标,以确定它在数组中的位置。本节只介绍二维数组,多维数组可由二维数组类推而得到。

①.二维数组的定义

 
二维数组定义的一般形式是:
  1. 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。例如:
  1. int a[3][4];

定义了一个3行4列的数组,共有3×4=12个元素,数组名为a,即:
  1. a[0][0], a[0][1], a[0][2], a[0][3]
  2. a[1][0], a[1][1], a[1][2], a[1][3]
  3. a[2][0], a[2][1], a[2][2], a[2][3]

 
在二维数组中,要定位一个元素,必须给出一维下标和二维下标,就像在一个平面中确定一个点,要知道x坐标和y坐标。例如,a[3][4] 表示a数组第3行第4列的元素。
 
二维数组在概念上是二维的,但在内存中地址是连续的,也就是说存储器单元是按一维线性排列的。那么,如何在一维存储器中存放二维数组呢?有两种方式:一种是按行排列, 即放完一行之后顺次放入第二行。另一种是按列排列, 即放完一列之后再顺次放入第二列。
 
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;每行中的四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。
 
【示例】一个学习小组有5个人,每个人有三门课的考试成绩。求全组分科的平均成绩和各科总平均成绩。
-- ; //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("%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;
  • }

  • 运行结果:
    Input score:
    80
    61
    59
    85
    76
    75
    65
    63
    87
    77
    92
    71
    70
    90
    85
    Math: 72
    C Languag: 73
    English: 81
    Total:75
     
    程序中首先用了一个双重循环。在内循环中依次读入某一门课程的各个学生的成绩,并把这些成绩累加起来,退出内循环后再把该累加成绩除以5送入v[i]之中,这就是该门课程的平均成绩。外循环共循环三次,分别求出三门课各自的平均成绩并存放在v数组之中。退出外循环之后,把v[0]、v[1]、v[2]相加除以3即得到各科总平均成绩。最后按题意输出各个成绩。

    ①.二维数组的初始化

     
    二维数组的初始化可以按行分段赋值,也可按行连续赋值。
     
    例如对数组a[5][3],按行分段赋值可写为:
    1. int a[5][3]={ {80,75,92}, {61,65,71}, {59,63,70}, {85,87,90}, {76,77,85} };

    按行连续赋值可写为:
    1. 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。
     
    【示例】求各科平均分和总成绩平均分。
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. int i, j; //二维数组下标
    4. int sum=0; //当前科目的总成绩
    5. int average; //总平均分
    6. int v[3]; //各科平均分
    7. int a[5][3]={ {80,75,92}, {61,65,71}, {59,63,70}, {85,87,90}, {76,77,85} };
    8. for(i=0; i<3; i++){
    9. for(j=0; j<5; j++){
    10. sum+=a[j][i]; //计算当前科目的总成绩
    11. }
    12. v[i]=sum/5; // 当前科目的平均分
    13. sum=0;
    14. }
    15. average =(v[0]+v[1]+v[2])/3;
    16. printf("Math: %d\nC Languag: %d\nEnglish: %d\n", v[0], v[1], v[2]);
    17. printf("Total:%d\n", average);
    18. return 0;
    19. }

    运行结果:
    Math: 72
    C Languag: 73
    English: 81
    Total:75
     
    对于二维数组初始化赋值还有以下说明
     
    1) 可以只对部分元素赋初值,未赋初值的元素自动取0值。例如:
    1. int a[3][3]={{1},{2},{3}};

    是对每一行的第一列元素赋值,未赋值的元素取0值。 赋值后各元素的值为:
    1  0  0
    2  0  0
    3  0  0
     
    1. int a [3][3]={{0,1},{0,0,2},{3}};

    赋值后的元素值为:
    0  1  0
    0  0  2
    3  0  0
     
    2) 如对全部元素赋初值,则第一维的长度可以不给出。例如:
    1. int a[3][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};

    可以写为:
    1. int a[][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};

     
    3) 数组是一种构造类型的数据。二维数组可以看作是由一维数组的嵌套而构成的。设一维数组的每个元素都又是一个数组,就组成了二维数组。当然,前提是各元素类型必须相同。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。
     
    如二维数组a[3][4],可分解为三个一维数组,其数组名分别为:a[0]、a[1]、a[2]。
     
    对这三个一维数组不需另作说明即可使用。这三个一维数组都有4个元素,例如:一维数组a[0]的元素为a[0][0], a[0][1], a[0][2], a[0][3]。必须强调的是,a[0], a[1], a[2]不能当作下标变量使用,它们是数组名,不是一个单纯的下标变量。

    3.C语言字符数组和字符串

    用来存放字符的数组称为字符数组,例如:
    1. char c[10];

    由于char和int可以相互转换,也可以定义为:
    1. int c[10];

    但这时每个数组元素占4个字节的内存。
     
    字符数组也可以是二维或多维数组。例如:
    1. char c[5][10];

    字符数组也允许在定义时进行初始化,例如:
    1. char c[10]={'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a','m'}; // c[9]未赋值,所以为默认值0

    当对全体元素赋初值时也可以省去长度说明。例如:
    1. char c[]={'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a', 'm' };

    这时c数组的长度自动定为9。
     
    字符数组和普通数组一样,也是通过下标引用各个元素。
     
    【示例】输出字符数组中的元素。
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. int i,j;
    4. char a[][7]={
    5. {'C',' ','L','a','n','g'},
    6. {'P','r','o','g','r','a','m'},
    7. {'F','u','n','n','y'}
    8. };
    9. for(i=0; i<=2; i++){
    10. for(j=0; j<=6; j++){
    11. printf("%c", a[i][j]);
    12. }
    13. printf("\n");
    14. }
    15. return 0;
    16. }

    运行结果:
    C Lang
    Program
    Funny
     
    本例的二维字符数组由于在初始化时全部元素都赋以初值,因此一维下标的长度可以不写。

    ①.字符串和字符串结束标志

     
    在C语言中没有专门的字符串变量,没有string类型,通常用一个字符数组来存放一个字符串。
     
    前面已经教大家用puts和printf函数输出字符串,例如:
    1. puts("http://c.biancheng.net");
    2. printf("C Language");

    在C语言中,字符串总是以'\0'作为串的结束符。上面的两个字符串,编译器已经在末尾自动添加了'\0'。
    '\0'是ASCII码表中的第0个字符,用NUL表示,称为空字符。该字符既不能显示,也不是控制字符,输出该字符不会有任何效果,它在C语言中仅作为字符串的结束标志。
    字符串处理函数遇到NUL时会认为字符串已经结束,不再继续操作,例如:
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. puts("C Lang\0 is funny!");
    4. return 0;
    5. }

    运行结果:
    C Lang
     
    可以发现,'\0' 后面的字符都没有输出。
     
    当把字符串存入字符数组时,也应该把结束符 '\0' 存入数组,并以此作为该字符串是否结束的标志。有了'\0'标志后,就不必再用字符数组的长度来判断字符串的长度了。
     
    C语言允许用字符串的方式对数组作初始化赋值。例如:
    1. char c[]={'c', ' ','p','r','o','g','r','a','m'};

    可写为:
    1. char c[]={"C program"};

    或去掉{}写为:
    1. char c[]="C program";

     
    用字符串方式赋值比用字符逐个赋值要多占一个字节, 用于存放字符串结束标志 '\0'。上面的数组c在内存中的实际存放情况为:

     
    '\0' 是由编译器自动加上的。由于采用了 '\0' 标志,所以在用字符串赋初值时一般无须指定数组的长度, 而由编译器自行处理。

    ②.字符数组的输入输出

     
    在采用字符串方式后,字符数组的输入输出将变得简单方便。除了上述用字符串赋初值的办法外,还可用printf函数和scanf函数一次性输出输入一个字符数组中的字符串,而不必使用循环语句逐个地输入输出每个字符。
     
    【示例】使用printf输出整个字符数组。
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. char c[]="C Lang\nJava\nC++\nPython";
    4. printf("%s\n", c);
    5. return 0;
    6. }

    运行结果:
    C Lang
    Java
    C++
    Python
     
    在printf函数中,使用%s输出字符串。注意在输出列表中给出数组名即可。不能写为printf("%s", c[]);。
     
    【示例】使用scanf从控制台输入一个字符串,然后使用printf将其输出。
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. char str[100]; //必须说明长度,不能写为 char str[];
    4. printf("Input string: ");
    5. scanf("%s", str);
    6. printf("Your string is: %s\n", str);
    7. return 0;
    8. }

    运行结果:
    Input string: http://c.biancheng.net↙
    Your string is: http://c.biancheng.net
     
    由于字符数组长度为100,因此输入的字符串长度必须小于100,以留出一个字节用于存放字符串结束标志`\0`。

    ③对程序的几点说明

     
    1) 对一个字符数组,如果不作初始化赋值,则必须说明数组长度。
     
    2) 当用scanf函数输入字符串时,字符串中不能含有空格,否则将以空格作为串的结束符。
     
    例如当输入的字符串中含有空格时,运行结果为:
    Input string: c language↙
    Your string is: c
     
    可以看出,空格以后的字符都未能输出。为了避免这种情况,可多设几个字符数组分段存放含空格的串。程序可改写如下:
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. char str1[20], str2[20], str3[20], str4[20];
    4. printf("Input string: ");
    5. scanf("%s %s %s %s",str1, str2, str3, str4);
    6. printf("Your string: %s %s %s %s\n", str1, str2, str3, str4);
    7. return 0;
    8. }

    运行结果:
    Input string: C C++ Java Python
    Your string: C C++ Java Python
     
    3) 在《从键盘输入数据》中讲到,scanf 的各个变量前面要加取地址符&,用以获得变量的地址,例如:
    1. int a, b;
    2. scanf("%d %d", &a, &b);

    但是在本节的示例中,将字符串读入字符数组却没有使用&,例如:
    1. char str1[20], str2[20], str3[20], str4[20];
    2. scanf("%s %s %s %s",str1, str2, str3, str4);

    这是因为C语言规定,数组名就代表了该数组的地址。整个数组是一块连续的内存单元,如有字符数组char c[10],在内存可表示为:
     
    C语言还规定,数组名所代表的地址为第0个元素的地址,例如char c[10];,c就代表c[0]的地址。第0个元素的地址就是数组的起始地址,所以称为首地址。也就是说,数组名表示数组的首地址。
     
    设数组c的首地址为0X2000,也就是说c[0]地址为0X2000,则数组名c就代表这个首地址。
     
    因为c已经表示地址,所以在c前面不能再加取地址符&,例如写作 scanf("%s",&c); 是错误的。
     
    有了首地址,有了字符串结束符'\0',就可以完整的定位一个字符串了。例如:
    1. printf("%s", c);

    printf 函数会根据数组名找到c的首地址,然后逐个输出数组中各个字符直到遇到 '\0' 为止。
    int、float、char 类型的变量表示数据本身,数据就保存在变量中;而数组名表示的是数组的首地址,数组保存在其他内存单元,数组名保存的是这块内存的首地址。后面我们会讲解指针,大家将会有更加深刻的理解。

    4.C语言字符串处理函数

    C语言提供了丰富的字符串处理函数,例如字符串的输入、输出、合并、修改、比较、转换、复制、搜索等,使用这些现成的函数可大大减轻编程的负担。
     
    用于输入输出的字符串函数,例如printf、puts、scanf、gets等,使用时应包含头文件stdio.h,使用其它字符串函数则应包含头文件string.h。

    ①.字符串输入输出函数

     
    printf、puts、scanf 前面已经介绍过了,不再赘述,这里重点讲解gets函数。
     
    gets 是 get string 的缩写,意思是获取用户从键盘输入的字符串,语法格式为:
    gets(arrayName);
    arrayName 为字符数组。从键盘获得的字符串,将保存在 arrayName 中。请看下面的例子:
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. char str[60];
    4. printf("Input string: ");
    5. gets(str);
    6. puts(str);
    7. return 0;
    8. }

    运行结果:
    Input string: C Java C++ Python
    C Java C++ Python
     
    可以看出当输入的字符串中含有空格时,输出仍为全部字符串。说明 gets 函数并不以空格作为字符串输入结束的标志,而只以回车作为输入结束,这与 scanf 函数是不同的。

    ②.字符串长度函数strlen

     
    strlen 是 string length 的缩写,用来获得字符串的长度。所谓长度,就是包含多少个字符(不包括字符串结束标志 '\0')。语法格式为:
    1. strlen(arrayName);

    strlen 将返回字符串的长度,它是一个整数。请看下面的例子:
    1. #include <stdio.h>
    2. #include <string.h>
    3. int main(){
    4. char str[]="C language";
    5. int len = strlen(str);
    6. printf("The lenth of the string is %d\n", len);
    7. return 0;
    8. }

    运行结果:
    The lenth of the string is 10
     
    需要说明的是,strlen 会从字符串的第 0 个字符开始计算,直到遇到字符串结束标志 '\0'。将上面代码中的 str 改为:
    1. char str[]="C \0language";

    那么输出结果就是:
    The lenth of the string is 2

    ③.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:
    1. strcat(arrayName1, arrayName2);

    arrayName1、arrayName2 为需要拼接的字符串。
     
    strcat 将把 arrayName2 连接到 arrayName1 后面,并删去 arrayName1 最后的结束标志 '\0'。这就意味着,arrayName1 的长度要足够,必须能够同时容纳 arrayName1 和 arrayName2,否则会越界。
     
    strcat 返回值为 arrayName1 的首地址。请看下面的例子:
    1. #include <stdio.h>
    2. #include <string.h>
    3. int main(){
    4. char str1[40]="My name is ";
    5. int str2[20];
    6. printf("Input your name:");
    7. gets(str2);
    8. strcat(str1,str2);
    9. puts(st1);
    10. return 0;
    11. }

    运行结果:
    Input your name:xiao p
    My name is xiao p

    ④.字符串复制函数strcpy

     
    strcpy 是 string copy 的缩写,意思是字符串复制,语法格式为:
    1. strcpy(arrayName1, arrayName2);

    strcpy 会把 arrayName2 中的字符串拷贝到 arrayName1 中,串结束标志 '\0' 也一同拷贝。arrayName 也可以是一个字符串常量,这时相当于把一个字符串赋值给一个字符数组。请看下面的例子:
    1. #include <stdio.h>
    2. #include <string.h>
    3. int main(){
    4. char str1[15], str2[]="C Language";
    5. strcpy(str1, str2);
    6. puts(str1);
    7. printf("\n");
    8. return 0;
    9. }

    运行结果:
    C Language
     
    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。

    5.对C语言数组的总结以及实例

    数组(Array)是一系列相同类型的数据的集合,可以是一维的、二维的、多维的;最常用的是一维数组和二维数组,多维数组较少用到。

    ①.对数组的总结

     
    1) 数组的定义格式为:
    1. type arrayName[length]

    type 为数据类型,arrayName 为数组名,length 为数组长度。
    需要注意的是:
    1. length 必须是一个数值常量,不能是变量,因为代码编译期间编译器要明确知道数组元素的个数,而变量的值是不确定的。
    2. 数组中的数据保存在一个内存区域A,而数组名保存另外一个内存区域B,数组名中包含的是A的首地址。
     
    2) 访问数组中某个元素的格式为:

    index 为数组下标。
    注意 index 的值不能大于 length,否则会发生数组越界,出现意想不到的错误。
     
    3) 可以对数组中的单个元素赋值,也可以整体赋值,例如:
    1. // 对单个元素赋值
    2. int a[3];
    3. a[0] = 3;
    4. a[1] = 100;
    5. a[2] = 34;
    6. // 整体赋值(不指明数组长度)
    7. float b[] = { 23.3, 100.00, 10, 0.34 };
    8. // 整体赋值(指明数组长度)
    9. int m[10] = { 100, 30, 234 };
    10. // 字符数组赋值
    11. char str[] = "http://c.biancheng.net";

    对数组整体赋值时,可以不指名数组的长度。未赋值的元素为默认值。

    ②.数组应用举例

     
    求一个整型数组中的最大值和最小值。
    1. #include <stdio.h>
    2. int main(){
    3. int a[10] = {2, 123, 45, 100, 575, 240, 799, 710, 10, 90};
    4. int max=a[0], min=a[0]; //最大值和最小值
    5. int i; //循环增量
    6. int len = sizeof(a) / sizeof(int); //计算数组长度
    7. for(i=1; i<len; i++){
    8. if(a[i] > max){
    9. max = a[i];
    10. }
    11. if(a[i] < min){
    12. min = a[i];
    13. }
    14. }
    15. printf("The max is %d, The min is %d\n", max, min);
    16. return 0;
    17. }

    运行结果:
    The max is 799, The min is 2
     
    思考一下,max 和 min 的初值为什么要设为 a[0] 呢,默认不可以吗?
     

    ③.关于排序和查找

     
    学完了数组,有两个重要的知识点要求大家掌握,那就是排序(Sort)和查找(Search),比如:
    1. 给你 10 个打乱顺序的整数,要能够按照从小到大或者从大到小的顺序输出;
    2. 给定一个字符串 str1,以及一个子串 str2,要能够判断 str2 是否在 str1 中。
     


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