C语言数组入门到精通（c语言数组教程）

数组的概念

在C语言中，数组是一种基本的数据结构，用于存储相同类型的多个数据项。数组中的每个数据项称为元素，每个元素都有一个唯一的索引（下标），从0开始计数。通过数组，可以方便地管理和操作一组相关数据。

为什么需要数组？

1. 组织数据：数组可以将多个相关的数据项组织在一起，便于管理和访问。
2. 提高效率：通过索引访问数组元素，可以快速定位和操作数据。
3. 简化代码：使用数组可以减少重复代码，使程序更加简洁和易于维护。

数组的定义和初始化

数组的定义

数组的定义方式如下：

类型 数组名[元素个数];

这里，类型表示数组中元素的数据类型，数组名是数组的名称，元素个数表示数组中元素的数量。例如：

int arr[5]; // 定义一个包含5个整数的数组

数组的初始化

数组可以在定义时进行初始化，也可以在定义后进行初始化。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 定义并初始化一个包含5个整数的数组

如果只初始化部分元素，其余元素将被自动初始化为0：

int arr[5] = {1, 2}; // 前两个元素初始化为1和2，其余元素初始化为0

也可以在定义时不指定元素个数，编译器会根据初始化列表自动确定数组的大小：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 编译器自动确定数组大小为5

访问数组元素

数组元素可以通过索引进行访问。索引从0开始，最大索引为数组长度减1。例如：

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

printf("arr[0] = %d\n", arr[0]); // 输出第1个元素
printf("arr[1] = %d\n", arr[1]); // 输出第2个元素
printf("arr[4] = %d\n", arr[4]); // 输出第5个元素

注意事项：

• 访问数组时，索引不能超出数组的范围，否则会导致未定义行为。
• 负索引或超过数组长度的索引都是非法的。

数组的遍历

数组可以通过循环进行遍历，逐个访问每个元素。例如：

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

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}

多维数组

二维数组

二维数组可以看作是一个表格，其中每个元素都有两个索引：行索引和列索引。例如：

int matrix[3][4]; // 定义一个3行4列的二维数组

二维数组的初始化可以按照行进行：

int matrix[3][4] = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};

也可以按列进行初始化：

int matrix[3][4] = {
    1, 2, 3, 4,
    5, 6, 7, 8,
    9, 10, 11, 12
};

访问二维数组元素时，使用两个索引：

int matrix[3][4] = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};

printf("matrix[1][2] = %d\n", matrix[1][2]); // 输出第2行第3列的元素

三维数组

三维数组可以看作是一个立方体，其中每个元素有三个索引：行索引、列索引和深度索引。例如：

int cube[2][3][4]; // 定义一个2×3×4的三维数组

三维数组的初始化可以按照行、列和深度进行：

int cube[2][3][4] = {
    {
        {1, 2, 3, 4},
        {5, 6, 7, 8},
        {9, 10, 11, 12}
    },
    {
        {13, 14, 15, 16},
        {17, 18, 19, 20},
        {21, 22, 23, 24}
    }
};

访问三维数组元素时，使用三个索引：

int cube[2][3][4] = {
    {
        {1, 2, 3, 4},
        {5, 6, 7, 8},
        {9, 10, 11, 12}
    },
    {
        {13, 14, 15, 16},
        {17, 18, 19, 20},
        {21, 22, 23, 24}
    }
};

printf("cube[1][2][3] = %d\n", cube[1][2][3]); // 输出第2个立方体第3行第4列的元素

数组与指针

数组名实际上是一个指向数组首元素的指针。因此，可以通过指针来访问和操作数组。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // p指向数组的首元素

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("arr[%d] = %d\n", i, *(p + i)); // 使用指针p加上偏移量i来访问数组元素
}

数组的动态分配

在某些情况下，数组的大小可能在编译时无法确定，需要在运行时动态分配。C语言提供了malloc和calloc函数来动态分配数组。例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n;
    printf("请输入数组的大小：");
    scanf("%d", &n);

    int *arr = (int *)malloc(n * sizeof(int)); // 动态分配n个整数的空间
    if (arr == NULL) {
        fprintf(stderr, "内存分配失败\n");
        return 1;
    }

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

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

    free(arr); // 释放动态分配的内存
    return 0;
}

数组的应用

1. 存储和处理大量数据

数组可以用于存储和处理大量数据，例如学生分数、温度记录等。通过数组，可以方便地对数据进行排序、查找和统计。

2. 实现矩阵运算

二维数组可以用于实现矩阵运算，例如矩阵加法、乘法等。通过数组，可以高效地进行矩阵运算。

3. 实现队列和栈

数组可以用于实现简单的队列和栈数据结构。通过数组，可以方便地管理队列和栈中的元素。

小结

本章详细介绍了C语言中数组的各种特性和用法。数组是C语言中最常用的数据结构之一，掌握好数组的使用对于编写高效、简洁的程序至关重要。在后续的学习中，我们将继续探索数组在更复杂场景下的应用，如多维数组、动态数组等。