《C语言深度解剖》(4)：深入理解一维数组和二维数组

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🥰本文专栏：《C语言深度解剖》

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1. 一维数组的创建和初始化 

1.1 数组的创建 

数组是一组相同类型元素的集合。

数组的创建方式： 

type_t   arr_name   [const_n];
//type_t 是指数组的元素类型
//const_n 是一个常量表达式，用来指定数组的大小

数组创建的实例： 

//代码1
int arr1[10];//代码2
int count = 10;
int arr2[count];//数组时候可以正常创建？//代码3
char arr3[10];
float arr4[1];
double arr5[20];

注：数组创建，在C99标准之前， [ ] 中要给一个常量才可以，不能使用变量。在C99标准支持了变长数组的概念，数组的大小可以使用变量指定，但是数组不能初始化。 

1.2 数组的初始化 

数组的初始化是指，在创建数组的同时给数组的内容一些合理初始值（初始化）。

看代码： 

int arr1[10] = { 1,2,3 }; //不完全初始化，剩余元素默认初始化为0
int arr2[] = { 1,2,3,4 };
int arr3[5] = { 1，2，3，4，5 }；
char arr4[3] = { 'a',98, 'c' };
char arr5[] = { 'a','b','c' };
char arr6[] = "abcdef";

数组在创建的时候如果想不指定数组的确定的大小就得初始化。数组的元素个数根据初始化的内容来确 定。 但是对于下面的代码要区分，内存中如何分配。 

char arr1[] = "abc";
char arr2[3] = { 'a','b','c' };

1. 数组长度:
   • char arr1[] = "abc";
     这行代码声明了一个字符数组arr1并初始化为字符串"abc"。数组的长度是4，因为字符串的结尾有一个空字符（null terminator）\0，这是C语言字符串的标准表示方式。所以arr1实际上包含'a', 'b', 'c', 和 \0。
   • char arr2[3] = { 'a','b','c' };
     这行代码声明了一个长度为3的字符数组arr2并初始化为三个字符'a', 'b', 和 'c'。这里并没有包含空字符\0，因此arr2不是一个有效的C语言字符串。
2. 用途:
   • arr1可以被用作一个字符串，因为它以空字符结尾。你可以使用像printf("%s", arr1);这样的函数来打印整个字符串。
   • arr2通常不会被当作字符串来使用，因为它没有空字符结尾。如果你试图将它作为字符串传递给像printf这样的函数，结果可能会是未定义的，因为它会试图读取数组后面的内存来寻找空字符，这可能导致程序崩溃或输出乱码。

1.3 一维数组的使用 

对于数组的使用我们之前介绍了一个操作符： [] ，下标引用操作符。它其实就数组访问的操作符。 我们来看代码： 

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 0 };//数组的不完全初始化//计算数组的元素个数int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//对数组内容赋值,数组是使用下标来访问的，下标从0开始。所以：int i = 0;//做下标for (i = 0; i < 10; i++)//这里写10，好不好？{arr[i] = i;}//输出数组的内容for (i = 0; i < 10; ++i){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

总结:

1. 数组是使用下标来访问的，下标是从0开始。
2. 数组的大小可以通过计算得到。 

int arr[10];
int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);

1.4 一维数组在内存中的存储 

接下来我们探讨数组在内存中的存储。

看代码：  

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[8] = { 0 };int i = 0;int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);for (i = 0; i < sz; ++i){printf("&arr[%d] = %p\n", i, &arr[i]);}return 0;
}

输出的结果如下：

仔细观察输出的结果，我们知道，随着数组下标的增长，元素的地址，也在有规律的递增。

由此可以得出结论：数组在内存中是连续存放的。  

2. 二维数组的创建和初始化 

2.1 二维数组的创建 

//数组创建
int arr[3][4];
char arr[3][5];
double arr[2][4];

2.2 二维数组的初始化 

//数组初始化
int arr[3][4] = { 1,2,3,4 };
int arr[3][4] = { {1,2},{4,5} };
int arr[][4] = { {2,3},{4,5} };//二维数组如果有初始化，行可以省略，列不能省略

2.3 二维数组的使用 

二维数组的使用也是通过下标的方式。

看代码： 

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[3][4] = { 0 };int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){int j = 0;for (j = 0; j < 4; j++){arr[i][j] = i * 4 + j;}}for (i = 0; i < 3; i++){int j = 0;for (j = 0; j < 4; j++){printf("%d ", arr[i][j]);}}return 0;
}

2.4 二维数组在内存中的存储 

像一维数组一样，这里我们尝试打印二维数组的每个元素。 

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[3][4];int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){int j = 0;for (j = 0; j < 4; j++){printf("&arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);}}return 0;
}

输出的结果：

通过结果我们可以分析到，其实二维数组在内存中也是连续存储的。 

深入理解： 

二维数组是一维数组的数组，可以理解为二维数组的每个元素就是一个一维数组。

二维数组名是本质是 一个一维数组的地址。

例如，int arr[2][3] = {{11,12,13},{21,22,23}};

arr是二维数组名，该数组有2个元素，每一个元素本身又是一个数组长度为3的一维整型数组。arr这个二维数组名可以理解为：数组长度为3的，存放整型数据类型的数组指针；如果存放arr 的值，要用数组长度为3的整型数组类型的数组指针。

上述有不理解的没关系，后期深入学习了指针再回头来看，就理解了，后面的文章中会打算专门写一篇文章关于指针和数组的关系。

3. 数组越界 

数组的下标是有范围限制的。

数组的下规定是从0开始的，如果数组有n个元素，最后一个元素的下标就是n-1。 所以数组的下标如果小于0，或者大于n-1，就是数组越界访问了，超出了数组合法空间的访问。

C语言本身是不做数组下标的越界检查，编译器也不一定报错，但是编译器不报错，并不意味着程序就是正确的， 所以程序员写代码时，最好自己做越界的检查。 

#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++){printf("%d\n", arr[i]);//当i等于10的时候，越界访问了}return 0;
}

二维数组的行和列也可能存在越界。 

4. 数组作为函数参数 

往往我们在写代码的时候，会将数组作为参数传个函数，比如：我要实现一个冒泡排序函数将一个整形数组排序。（深入理解冒泡排序算法的可以看这一篇文章《冒泡排序和快速排序》），下面重点讲解数组作为函数参数时有什么特点和注意事项。

那我们将会这样使用该函数：

4.1 冒泡排序函数的错误设计 

//方法1：
#include <stdio.h>
void bubble_sort(int arr[])
{int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//这样对吗？int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < sz - i - 1; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}}}
}
int main()
{int arr[] = { 3,1,7,5,8,9,0,2,4,6 };bubble_sort(arr);//是否可以正常排序？for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

运行结果：

方法1，出了问题，并没有拍好顺序。那我们找一下问题，调试之后可以看到 bubble_sort 函数内部的 sz ，是1。 难道数组作为函数参数的时候，不是把整个数组的传递过去？ 先不着急解答，继续往下看。

4.2 数组名是什么？

由运行结果可知，数组名和数组第一个元素的地址是一样的。

结论： 

数组名是数组首元素的地址。（有两个例外） 

如果数组名是首元素地址，那么： 

int arr[10] = { 0 };
printf("%d\n", sizeof(arr));// 为什么输出的结果是：40？

补充：

1. sizeof(数组名)，计算整个数组的大小，sizeof内部单独放一个数组名，数组名表示整个数 组。
2. &数组名，取出的是数组的地址。&数组名，数组名表示整个数组。
3. 除1,2两种情况之外，所有的数组名都表示数组首元素的地址。  

知道了这个，我们来解决上面4.1节冒泡排序为什么无法正常排序的问题了，请看下图：

当数组传参的时候，实际上只是把数组的首元素的地址传递过去了。

所以即使在函数参数部分写成数组的形式： int arr[] 表示的依然是一个指针： int *arr 。

那么，函数内部的 sizeof(arr) 结果是4。 

4.3 冒泡排序函数的正确设计 

如果方法1错了，该怎么设计？ 

#include <stdio.h>
//方法2
void bubble_sort(int arr[], int sz)//参数接收数组元素个数
{//代码同上面函数
}
int main()
{int arr[] = { 3,1,7,5,8,9,0,2,4,6 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz);//是否可以正常排序？for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}