【C语言4】数组：一维数组、二维数组、变长数组及数组的练习题

前言

今天学习数组，包括一维数组、二维数组、变长数组以及数组的练习题。
OK进入正题。

一、数组的概念

数组：一组相同类型元素的集合。 即：
• 数组中存放的是1个或者多个数据，但是数组元素个数不能为0。
• 数组中存放的多个数据，类型是相同的。

数组分为一维数组和多维数组，多维数组一般比较多见的是二维数组。

二、一维数组

2.1. 数组的创建和初始化

• 一维数组创建的基本语法如下：

type arr_name[常量值];
//如：
int math[20]; //数组名为math,可以存放20个int类型的元素
char ch[8]; //数组名为ch,可以存放8个char类型的元素
double score[10]; //数组名为score,可以存放10个double类型的元素

存放在数组的值被称为数组的元素，数组在创建的时候可以指定数组的大小和数组的元素类型。
• type指定的是数组中存放数据的类型，如：char、short、int、float 等，也可以自定义的类型。
• arr_name指的是数组的名字，名字根据实际情况自行取名。如数组的英文为array，就可以取成a、arr，用来存放数学成绩的数组可以取名为math。名字无限制，起的有意义就行。
• 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。

• 数组的初始化：数组在创建的时候，我们可以给定一些初始值。
  数组的初始化一般使用大括号，将数据放在大括号中。

//完全初始化
int arr[5] = {1,2,3,4,5};

//不完全初始化
int arr2[6] = {1};//第一个元素初始化为1，剩余的元素默认初始化为0

//错误的初始化 - 初始化数目超出数组的大小
int arr3[3] = {1, 2, 3, 4};

2.2. 数组的类型

数组也是有类型的，数组算是一种自定义类型，去掉数组名留下的就是数组的类型。

int arr1[10]; //数组类型为int [10]
int arr2[12]; //数组类型为int [12]
char ch[5];   //数组类型为int [5]

2.3. 一维数组的下标

一维数组可以存放数据，存放数据的目的是实现对数据的操作。

C语言规定数组是有下标的，下标就相当于是数组元素的编号，数组的下标是从0开始的。（注意！第一次学数组容易犯的错误！数组的下标是从0开始的！！！）
假设数组有n个元素，第一个元素的下标为0，第二个元素的下标为1，第三个元素的下标为2…最后一个元素的下标是n-1。如图：

在C语言中数组的访问提供了一个操作符[] ，这个操作符叫：下标引用操作符，[]里面的数字是数组的下标，注意数组的下标从0开始。
有了下标访问操作符，就可以轻松的访问到数组的元素了，比如要访问下标为7的元素，可以直接使用arr[7]，要访问下标是3的元素，就可以使用arr[3]，如下代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	//注意数组的下标是从0开始的！
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	printf("%d\n", arr[0]); //1
	printf("%d\n", arr[7]); //8
	printf("%d\n", arr[3]); //4
	printf("%d\n", arr[9]); //10
	return 0;
}

2.4. 数组元素的打印和输入

如果想要访问整个数组的内容，只要产生数组所有元素的下标就可以了，我们使用for循环产生0~9的下标，接下来使用下标访问就行了。如下代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	for(int i=0; i<10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

输出的结果：

明白了数组的访问，当然我们也根据需求，自己给数组输入想要的数据，如下：

#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++)
	{
		scanf("%d", &arr[i]);
	}
	for(i=0; i<10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

输入和输出结果：

2.5. 一维数组在内存中的存储

深入了解一下数组，数组在内存中的存储是怎样的呢？如下代码：
依次打印数组元素的地址：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	for(int i=0; i<10; i++)
	{
		printf("&arr[%d] = %p\n ", i, &arr[i]);
	}
	return 0;
}

输出结果：

从输出的结果我们分析，数组随着下标的增长，地址是由小到大变化的，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）。所以我们得出结论：数组在内存中是连续存放的。这就为后期我们使用指针访问数组奠定了基础。

2.6. sizeof 计算数组元素个数

在遍历数组的时候，如果我们想知道数组的元素个数，在C语言中使用程序计算数组元素个数，可以使用sizeof。
sizeof中是C语言一个关键字，是可以计算类型或者变量大小的，其实sizeof也可以计算数组的大小。比如：

#include <stido.h>
int main()
{
	int arr[10] = {0};
	printf("%d\n", sizeof(arr));
	return 0;
}

输出的结果是40（10个元素*元素类型int所占的字节4），计算的是数组所占内存空间的总大小，单位是字节。

我们又知道数组中所有元素的类型都是相同的，那只要计算出一个元素所占字节的个数，再用数组所占空间的总大小除以它，数组的元素个数就能算出来。这里我们选择第一个元素算大小就可以。

#include <stido.h>
int main()
{
	int arr[10] = {0};
	int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); //sizeof(arr[0])为一个元素的字节大小 - 4
	printf("%d\n", sz);
	return 0;
}

结果是：10，表示数组有10个元素。
以后在代码中需要数组元素个数的地方就不用固定写死了，使用上面的计算，不管数组怎么变化，计算出的大小也就随着变化了。

三、二维数组

3.1. 二维数组的概念

前面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，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。
注：内置类型指语言本身预定好的基本数据类型，如int，float、double、char

3.1. 二维数组的创建与初始化

• 如何定义二维数组呢？如下：

type arr_name[常量值1][常量值2]；
//例如：
int arr[3][5];
double data[2][8];

解释上述代码中出现的信息：
• 3 表示有3 行 元素
• 5 表示每一行有5个元素，即5 列
• int 表示数组的每个元素是整型类型
• arr 是数组名，可以根据自己的需要指定名字
data 数组意思基本一致。

• 二维数组的初始化和一维数组一样，使用大括号。

1. 不完全初始化

int arr1[3][5] = {1,2};
int arr2[3][5] = {0};

2. 完全初始化

int arr3[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};

3. 按照行初始化

int arr4[3][5] = {{1,2},{3,4},{5,6}}; 

4. 初始化时可以省略行，但是不能省略列

int arr5[][5] = {1,2,3};
int arr6[][5] = {1,2,3,4,5,6,7};
int arr7[][5] = {{1,2}, {3,4}, {5,6}};

3.2. 二维数组的下标

二维数组访问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，如下所示：

int arr[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 1 3,4,5,6,7};

图中最右侧绿色的数字表示行号，第一行蓝色的数字表示列号，都是从0开始的。比如：第2行，第4列，快速就能定位出7。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};
	printf("%d\n", arr[2][4]);
	return 0;
}

输出的结果如下：

3.3. 二维数组的输入和输出

如何访问整个二维数组呢？只要能够按照一定的规律产生所有的行和列的数字就行；以上一段代码中的arr数组为例，行的选择范围是0-2，列的取值范围是0-4，所以我们可以借助循环实现生成所有的下标。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};
	//输入
	for(int i=0; i<3; i++) //产生行号
	{
		for(int j=0; j<5; j++) //产生列号
		{
			scanf("%d", &arr[i][j]); //输入数据
		}
	}
	//输出
	for(int i=0; i<3; i++) //产生行号
	{
		for(int j=0; j<5; j++) //产生列号
		{
			printf("%d ", arr[i][j]); //输出数据
		}
		printf("\n");
	}
	return 0;
}

输入和输出的结果：

3.4. 二维数组在内存中的存储

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：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[3][5] = { 0 };
	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		for (int j = 0; j < 5; j++)
		{
			printf("&arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);
		}
	}
	return 0;
}

输出的结果：

从输出的结果来看，每一行内部的每个元素都是相邻的，地址之间相差4个字节，跨行位置处的两个元素（如：arr[0][4]和arr[1][0]）之间也是差4个字节，所以二维数组中的每个元素都是连续存放的。了解清楚二维数组在内存中的布局，有利于我们后期使用指针来访问数组的学习。
如下图所示：

3.5. C99中的变长数组

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。如：

int arr1[10];
int arr2[3+5];
int arr3[] = {1,2,3};

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的。
C99中给一个变长数组（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。
请看下面的代码：

int n = a+b;
int arr[n];

上面示例中，数组arr就是变长数组，因为它的长度取决于变量n的值，编译器没法事先确定，只
有运行时才能知道n是多少。
变长数组的根本特征，就是数组长度只有运行时才能确定，所以变长数组不能初始化。它的好处是程序员不必在开发时，随意为数组指定一个估计的长度，程序可以在运行时为数组分配精确的长度。
有一个易混淆的点，变长数组的意思是数组的大小是可以使用变量来指定的，在程序运行的时候，根据变量的大小来指定数组的元素个数，而不是说数组的大小是可变的。数组的大小一旦确定就不能再变化了。
遗憾的是在VS2022上，虽然支持大部分C99的语法，没有支持C99中的变长数组，没法测试；下面是在gcc编译器上的测试：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);//根据输入数值确定数组的大小
	int arr[n];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		scanf("%d", &arr[i]);
	}
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

四、数组练习

练习1：多个字符从两端移动，向中间汇聚
编写代码，演示多个字符从两端移动，向中间汇聚

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>		//system头文件
#include <windows.h>	//Sleep头文件

int main()
{
	char a[] = "I love you !!! You are the best!!!";
	char b[] = "**********************************";
	int left = 0;
	int right = strlen(a)-1; //减去末尾'\0'
	while(left <= right)
	{
		b[left] = a[left];
		b[right] = a[right];
		printf("%s\n",b);
		Sleep(1000);	//减慢打印，windows提供的函数，单位是毫秒
		system("cls");	//清理屏幕
		left ++;
		right --;
	}
	printf("%s\n",b);
	
	return 0;
}

运行结果：

练习2：二分查找
在一个升序的数组中查找指定的数字n，很容易想到的方法就是遍历数组，但是这种方法效率比较低。比如我买了一双鞋，你好奇问我多少钱，我说不超过300元。你还是好奇，你想知道到底多少，我就让你猜，你会怎么猜？你会1，2，3，4…这样猜吗？显然很慢；一般你都会猜中间数字，比如：150，然后看大了还是小了，这就是二分查找，也叫折半查找。
注意：折半查找的数据必须是有序的

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int left = 0;
	int right = sizeof(arr)/sizeof(arr[0])-1; //右下标 - 元素个数-1 
	int key = 7; //要找的数字
	int mid = 0; //记录中间元素的下标
	int find = 0;
	while(left<=right)
	{
		mid = (left+right)/2;
		if(arr[mid] > key)
		{
			right = mid-1;
		}
		else if(arr[mid] < key)
		{
			left = mid+1;
		}
		else
		{
			find = 1;
			break;
		}
	}
	if(1 == find )
		printf("找到了,下标是%d\n", mid);
	else
		printf("找不到\n");
}

求中间元素的下标，使用 mid = (left+right)/2 ，如果left和right比较大的时候，left+right可能超出整型类型的数据范围，导致出现问题，可以改用下面的方式：

mid = left+(right-letf)/2;

总结

好了，数组到这里就结束了，希望能够帮到大家，下次再见！