C语言基础级——N维数组定义与使用

C语言基础级——一维数组

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大家好，我叫Home，是有关于一维数组、二维数组与多维数组的基本知识点的讲解。OK，废话不多说，我们先来了解一维数组。

一维数组

数组（array）是由一系列类型相同的元素构成的。数组的引入帮助我们更好地统一管理并处理相同类型的数据，就如同汽车上记录每天的里程数、仓库库存的清单等等。

1.1 声明

数组声明格式为：

• [数据类型] [数组名][索引值];

它的作用就是告诉编译器，需要它去创建一个以数组下标（[索引值]）为长度的元素类型（[数据类型]），如：

•   int arr[10];
  

那这样编译器就会按照数组的声明要求在内存空间上，开辟出一段内存空间，且这段内存空间是连续的，例如：

#include<stdio.h>

int main()
{
    
    
    // 数组声明
    int arr[5];

    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
    
    
        // 打印5个数组元素的地址
        printf("arr[%d] = %p\n", i, &arr[i]);
    }
    return 0;
}

这里要注意的地方有两点：

• 图中的内存地址是省略简写的，写全了0x1de0对应是0x7fff7a9f1de0。
• arr[索引值]是从0开始的，也就是代表arr的第一个元素。
• arr[0] ~ arr[1] 的地址是间隔四个字节，这是因为arr数组是int类型，所以arr每个内存空间都占四个字节大小。

1.2 初始化

单单是默认有数组声明，一定是不够的。我们要初始化数组，不然我们开辟这段内存空间干啥子呢？

// 数组初始化
int arr[5] = {
    
    10, 100, 1000, 10000, 100000};

这种初始化方法是最常见的和常用的写法，形式上，我们用一对{}将数据包含起来，每个元素的数据之间以,（逗号）进行隔开，后面不要忘了加;（分号）哦。

在多提一嘴，在ANSI C 标准之前的编译器当中（旧标准），可能会报错，前面的版本还没有这种初始化的方式。

同样，我们还可以给全部元素赋相同的值。

// 数组初始化
int arr[0] = {
    
    0};

1.2.1 其它初始化

1.2.1.1 常见初始化—1

• 第一种定义数组索引值要大于初始化个数。

// 数组初始化
int arr[5] = {
    
    10, 100};

arr数组索引值也就是长度有5，而初始化只有arr[0] = 10; arr[1] = 100;剩下的三个arr[2]~arr[4]，编译器会默认给未初始化的数组空间用0来填充。我们来试一试:

1.2.1.1 常见初始化—2

• 第二种定义数组索引值小于所初始化个数。

// 数组初始化
int arr[5] = {
    
    10, 100, 1000, 10000, 100000, 200000, 300000};

arr数组长度为5，而初始化个数要大于5的，这样的方式，在旧版本编译器里会直接进行报错，而新版本（gcc version 9.3.0），会报警告为超过元素初始化的范围值，因为所定义的长度（所开辟的内存空间）并不足以存放初始化值。

注意：

可能同学看到这边编译器不会直接报错误，而且程序还是能够正常的运行，觉得这个问题也还OK。其实，并不是这样的，程序可能会数组越界产生了不可预料的错误，这个到后面，Home会做一章节内容来详细总结。

1.2.2 数组初始化规范

回归主题，那我们如何避免出现这样的错误，这个时候就是要拥有一个好的编程规范了，有两种方法，第一种是利用宏定义规定数组长度；第二种是利用sizeof运算符计算出数组长度。两种方式，没有限定，应灵活运用。

引用宏定义

#include<stdio.h>

#define MAX_ARR     5

int main()
{
    
    
    int arr[MAX_ARR] = {
    
    10, 100, 1000, 10000, 100000};

    for(int i = 0; i < MAX_ARR; i++)
    {
    
    
        printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
    }
    return 0;
}

引用sizeof

利用sizeof运算符计算操作数的大小，可以直接计算出
$$数组的长度=数组所占的字节/单个数组所占的字节。$$
计算int arr[5] = {10, 100, 1000, 10000, 100000}; 定义的数组arr为int类型，我们知道int类型占4个字节，我们可以通过sizeof计算出整个数组占 20 个字节。那么可以计算出数组长度len = 5 （20 / 4)，这里采用的方式是:

// 计算整个int类型数组所占的字节数
sizeof(arr);

// 计算单个int类型数组所占的字节数
sizeof(arr[0]);
// 也可以是
sizeof(int);
// 或者是
sizeof(*arr);

#include<stdio.h>

int main()
{
    
    
    // 初始化arr数组
    int arr[5] = {
    
    10, 100, 1000, 10000, 100000};
	
    // 计算出arr数组的长度
    int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	
    // 计算并打印整个int类型数组所占的字节数
    printf("sizeof(arr) = %ld\n", sizeof(arr));
    // 计算并打印单个int类型数组所占的字节数
    printf("sizeof(arr[0]) = %ld\n", sizeof(arr[0]));
	
    // 循环遍历数组
    for(int i = 0; i < len; i++)
    {
    
    
        printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
    }
    return 0;
}

1.3 赋值

C语言数组赋值，想要实现对数组的N个元素进行赋值操作，如果是一个int数组，我们要采用逐个输入的方式。

#include<stdio.h>


int main()
{
    
    
    int arr[5];
	
    // 逐个元素输入
    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
    
    
        scanf("%d", &arr[i]);
    }
    // 遍历输出元素
    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
    
    
        printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
    }

    return 0;
}

1.4 易错

我们本意上想要实现整体数组进行赋值，我们看下这种方式是否可行？

#include<stdio.h>

int main()
{
    
    
    int arr_old[5] = {
    
    10, 100, 1000, 10000, 100000};
    int arr_new[5];
    
    // 一. 数组名之间赋值,是错误的
    arr_new = arr_old;

    // 二. 第六个元素赋值, 也是错误的
    arr_new[5] = arr_old[5];

    // 三. 列表形式直接赋值, 也是错误的
    arr_new[5] = {
    
    10, 100, 1000, 10000, 100000};
    return 0;
}

• 第一个错误，数组名之间直接赋值的方式，这种方式在C语言当中不允许的。此时的arr_old和old_new是数组名，它代表的是当前数组的首地址，数组名相当于是一个常量。常量之间赋值是无法进行赋值的。
• arr 和 &arr[0] 它们都是代表着数组的首地址。

// 定义单个变量
int a;
// 取a的地址
&a;

// 定义一个数组
int arr[5];

// arr就是这个数组的首地址
arr;

// &arr[0] 也是代表着数组的首地址
&arr[0];

• 第二个错误，首先分为两部分：
  • arr_new[5] 数组代表的是第六个元素，一共是开辟了五个内存空间，不够存放元素，从而导致数组越界，是非常严重的错误。
  • 这样的方式相当于给第六个元素进行赋值，并不能达到预期效果，应该使用逐个赋值方式。
  • 第二个会发现编译并没有报错，而我说这是一个很严重的错误，前后矛盾？
    • 这和编译器机制有关系的，本身编译器默认不去检测用户所使用的数组边界，如果每个数组边界都去检测，对于编译器是麻烦的，是会导致效率降低。为此，编译器对程序员的绝对信任，相信你不会犯这样错误。。。所以就有了之后的结果，每次都犯错。。。
• 第三个错误在C语言当中是不允许。想要实现数组的赋值，除非在初始化过程中，可以直接进行赋值操作以外，其它要采用逐个赋值的方式。

二维数组

例子：公司每年都会提供给员工一次免费体检机会，体检的其中一个基本项目是身高、体重。

姓名	身高(cm)	体重(kg)
小朱	156	40
中朱	183	50
大朱	193	60

在这里，我们就可以使用二维数组保存这里面的数据。

1.1 声明与初始化

• 声明并初始化二维数组，把三名员工的基本数据保存在二维数组当中。

// 初始化二维数组
int arr[3][2] = {
    
    {
    
    156, 40}, {
    
    183, 50}, {
    
    193, 60}};

• 可以把内部嵌套的{}去掉。

// 初始化二维数组
int arr[3][2] = {
    
    156, 40, 183, 50, 193, 60};

• 把行索引值去掉，留下列索引值。

// 初始化二维数组
int arr[][2] = {
    
    156, 40, 183, 50, 193, 60};

• 也可以部分进行初始化，默认未初始化赋值的数为0。

int arr[3][2] = {
    
    {
    
    156, 40}, {
    
    183, 50}, {
    
    193}};

2.1 内存排布

一维数组当中，我们知道一维数组在内存当中存放是连续的，我们认为二维数组也是连续的。我们按顺序打印每个元素的地址，来看看是否符合猜想的结果。

#include<stdio.h>

int main()
{
    
    
    int arr[3][2] = {
    
    {
    
    156, 40}, {
    
    183, 50}, {
    
    193, 60}};

    for(int i = 0; i < 3; i++)
    {
    
    
        for(int j = 0; j < 2; j++)
        {
    
    
            printf("arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);
        }
    }
    return 0;
}

N维数组

有一维数组，二维数组，那一定会有三维数组、四维数组、五维数组…

// 初始化三维数组
int arr[2][2][2] = {
    
    1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};

// 初始化四维数组
int arr[2][2][2][2] = {
    
    1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16};

超过二维的数组，不具有参考价值了，真正的工作当中几乎看不到，有兴趣的同学，可以自行研究~