C语言数据结构：数组

1. 数组（Array）

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1.1 定义

数组是一种线性数据结构，由相同类型的元素组成，这些元素在内存中按顺序存储。数组的大小在声明时确定，且不可动态改变。

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1.2 类型细分

根据维度和用途，数组可以分为以下几种类型：

1.2.1 一维数组

• 定义：一维数组是最简单的数组形式，元素按线性顺序排列。
• 语法：

int arr[10]; // 声明一个包含10个整数的数组

• 使用场景：存储线性数据，如学生成绩、温度记录等。
• 使用案例：

int scores极[5] = {90, 85, 78, 92, 88};
for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("Score %d: %d\n", i + 1, scores[i]);
}

1.2.2 多维数组

• 定义：多维数组是数组的数组，最常见的是二维数组（矩阵）。
• 语法：

int matrix[3][3]; // 声明一个3x3的二维数组

• 使用场景：存储表格数据、图像像素、矩阵运算等。
• 使用案例：

int matrix[2][2] = {{1, 2}, {3, 4}};
for (int i = 0; i < 2; i++) {for (int j = 0; j < 2; j++) {printf("%d ", matrix[i][j]);}printf("\n");
}

1.2.3 字符数组

• 定义：字符数组用于存储字符串，以\0（空字符）结尾。
• 语法：

char str[10]; // 声明一个最多存储9个字符的字符串

• 使用场景：存储和处理字符串，如姓名、地址等。
• 使用案例：

char name[20] = "John Doe";
printf("Name: %s\n", name);

1.2.4 动态数组

• 定义：动态数组的大小在运行时确定，通常使用指针和malloc函数实现。
• 语法：

int *arr = (int *)malloc(10 * sizeof(int)); // 动态分配10个整数的空间

• 使用场景：当数组大小在编译时未知时使用，如读取用户输入的数据。
• 使用案例：

int n;
printf("Enter array size: ");
scanf("%d", &n);
int *arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
for (int i = 0; i < n; i++) {arr[i] = i + 1;
}
free(arr); // 释放内存

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1.3 使用场景

• 固定大小数据存储：如存储学生成绩、温度记录等。
• 矩阵运算：如存储和操作二维矩阵。
• 字符串处理：如存储和操作字符串。
• 动态数据存储：如读取用户输入的数据。

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1.4 区别

No.	类型	特点
1	一维数组	线性存储，适用于简单数据集合。
2	多维数组	数组的数组，适用于表格或矩阵数据。
3	字符数组	用于存储字符串，以\0结尾。
4	动态数组	大小在运行时确定，灵活但需要手动管理内存。

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1.5 使用注意事项

1. 数组越界：访问数组时需确保索引在合法范围内，否则会导致未定义行为。

   int arr[5];
   arr[5] = 10; // 错误：索引越界
   

2. 初始化：未初始化的数组可能包含垃圾值，需手动初始化。

   int arr[5] = {0}; // 初始化为0
   

3. 内存管理：动态数组使用malloc分配内存后，需使用free释放内存。

   int *arr = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
   free(arr); // 释放内存
   

4. 字符数组与字符串：字符数组存储字符串时需预留\0的位置。

   char str[6] = "Hello"; // 正确
   char str[5] = "Hello"; // 错误：未预留`\0`的位置
   

5. 多维数组的存储顺序：多维数组在内存中是按行优先顺序存储的。

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1.6 实例详细说明（包含地址分配）

1.6.1 一维数组的地址分配

#include <stdio.h>int main() {int arr[3] = {10, 20, 30};printf("Array elements and their addresses:\n");for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("arr[%d] = %d, Address: %p\n", i, arr[i], &arr[i]);}return 0;
}

输出：

Array elements and their addresses:
arr[0] = 10, Address: 0x7ffee4b4c9fc
arr[1] = 20, Address: 0x7ffee4b4ca00
arr[2] = 30, Address: 0x7ffee4b4ca04

说明：一维数组的元素在内存中连续存储，每个元素占用的地址间隔为sizeof(int)（通常为4字节）。

1.6.2 二维数组的地址分配

#include <stdio.h>int main() {int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};printf("Matrix elements and their addresses:\n");for (int i = 0; i < 2; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {printf("matrix[%d][%d] = %d, Address: %p\n", i, j, matrix[i][j], &matrix[i][j]);}}return 0;
}

输出：

Matrix elements and their addresses:
matrix[0][0] = 极1, Address: 0x7ffee4b4c9f0
matrix[0][1] = 2, Address: 0x7ffee极4b4c9f4
matrix[0][2] = 3, Address: 0x7ffee4b4c9f8
matrix[1][0] = 4, Address: 0x7ffee4b4c9fc
matrix[1][1] = 5, Address: 0x7ffee4b4ca00
matrix[1][2] = 6, Address: 0x7ffee4b4ca04

说明：二维数组在内存中按行优先顺序存储，地址连续。

1.6.3 字符数组的地址分配

#include <stdio.h>int main() {char str[] = "Hello";printf("String elements and their addresses:\n");for (int i = 0; i < 6; i++) { // 包括'\0'printf("str[%d] = '%c', Address: %p\n", i, str[i], &str[i]);}return 0;
}

输出：

String elements and their addresses:
str[0] = 'H', Address: 0x7ffee4b4c9f0
str[1] = 'e', Address: 0x7ffee4b4c9f1
str[2] = 'l', Address: 0x7ffee4b4c9f2
str[3] = 'l', Address: 0x7ffee4b4c9f3
str[4] = 'o', Address: 0x7ffee4b4c9f4
str[5] = '\0', Address: 0x7ffee4b4c9f5

说明：字符数组在内存中连续存储，每个字符占1字节。

1.6.4 动态数组的地址分配

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int n = 3;int *arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));for (int i = 0; i < n; i++) {arr[i] = i + 1;}printf("Dynamic array elements and their addresses:\n");for (int i = 0; i < n; i++) {printf("arr[%d] = %d, Address: %p\n", i, arr[i], &arr[i]);}free(arr);return 0;
}

输出：

Dynamic array elements and their addresses:
arr[0] = 1, Address: 0x7f9d7ac02a80
arr[1] = 2, Address: 0x7f9d7ac02a84
arr[2] = 3, Address: 0x7f9d7ac02a88

说明：动态数组在内存中连续存储，地址间隔为sizeof(int)。

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总结

数组是C语言中非常基础且重要的数据结构，适用于各种数据存储和处理场景。在使用时，需注意数组的大小、索引范围以及内存管理，以避免常见的错误。通过地址分配的分析，可以更好地理解数组在内存中的存储方式。