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数组的定义,初始化和使用,C语言数组详解

数组可以说是目前为止讲到的第一个真正意义上存储数据的结构。虽然前面学习的变量也能存储数据,但变量所能存储的数据很有限。不仅如此,数组和指针(后续会讲)是相辅相成的,学习数组可以为学习指针打下基础。

那么到底什么是数组呢?顾名思义数组就是很多数的组合!那么这些数有没有什么要求呢,是不是不管什么数组合在一起都是数组呢?同一数组中存储的数必须满足以下两个条件:
  1. 这些数的类型必须相同。
  2. 这些数在内存中必须是连续存储的。

换句话说,数组是在内存中连续存储的具有相同类型的一组数据的集合。

一维数组

一维数组的定义方式如下:

类型说明符 数组名[常量表达式];

例如:
int a[5];
它表示定义了一个整型数组,数组名为 a,定义的数组称为数组 a。数组名 a 除了表示该数组之外,还表示该数组的首地址(关于地址现在先不讨论,稍后讲指针的时候再说)。

此时数组 a 中有 5 个元素,每个元素都是 int 型变量,而且它们在内存中的地址是连续分配的。也就是说,int 型变量占 4 字节的内存空间,那么 5 个int型变量就占 20 字节的内存空间,而且它们的地址是连续分配的。

这里的元素就是变量的意思,数组中习惯上称为元素

在定义数组时,需要指定数组中元素的个数。方括号中的常量表达式就是用来指定元素的个数。数组中元素的个数又称数组的长度

数组中既然有多个元素,那么如何区分这些元素呢?方法是通过给每个元素进行编号。数组元素的编号又叫下标

数组中的下标是从 0 开始的(而不是 1)。那么,如何通过下标表示每个数组元素的呢?通过“数组名[下标]”的方式。例如“int a[5];”表示定义了有 5 个元素的数组 a,这 5 个元素分别为 a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]。其中 a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4] 分别表示这 5 个元素的变量名。

为什么下标是从 0 开始而不是从 1 开始呢?试想,如果从 1 开始,那么数组的第 5 个元素就是 a[5],而定义数组时是 int a[5],两个都是 a[5] 就容易产生混淆。而下标从 0 开始就不存在这个问题了!所以定义一个数组 a[n],那么这个数组中元素最大的下标是 n–1;而元素 a[i] 表示数组 a 中第 i+1 个元素。

另外,方括号中的常量表达式可以是“数字常量表达式”,也可以是“符号常量表达式”。但不管是什么表达式,必须是常量,绝对不能是变量。通常情况下 C 语言不允许对数组的长度进行动态定义,换句话说,数组的大小不依赖程序运行过程中变量的值。非通常的情况为动态内存分配,此种情况下数组的长度就可以动态定义,这个稍后会讲。

一维数组初始化

一维数组的初始化可以使用以下方法实现:
1) 定义数组时给所有元素赋初值,这叫“完全初始化”。例如:
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
通过将数组元素的初值依次放在一对花括号中,如此初始化之后,a[0]=1;a[1]=2;a[2]=3;a[3]=4;a[4]=5,即从左到右依次赋给每个元素。需要注意的是,初始化时各元素间是用逗号隔开的,不是用分号。

2) 可以只给一部分元素赋值,这叫“不完全初始化”。例如:
int a[5] = {1, 2};
定义的数组 a 有 5 个元素,但花括号内只提供两个初值,这表示只给前面两个元素 a[0]、a[1] 初始化,而后面三个元素都没有被初始化。不完全初始化时,没有被初始化的元素自动为 0。

需要注意的是,“不完全初始化”和“完全不初始化”不一样。如果“完全不初始化”,即只定义“int a[5];”而不初始化,那么各个元素的值就不是0了,所有元素都是垃圾值。

你也不能写成“int a[5]={};”。如果大括号中什么都不写,那就是极其严重的语法错误。大括号中最少要写一个数。比如“int a[5]={0};”,这时就是给数组“清零”,此时数组中每个元素都是零。此外,如果定义的数组的长度比花括号中所提供的初值的个数少,也是语法错误,如“a[2]={1,2,3,4,5};”。

3) 如果定义数组时就给数组中所有元素赋初值,那么就可以不指定数组的长度,因为此时元素的个数已经确定了。编程时我们经常都会使用这种写法,因为方便,既不会出问题,也不用自己计算有几个元素,系统会自动分配空间。例如:
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
可以写成:
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};
第二种写法的花括号中有 5 个数,所以系统会自动定义数组 a 的长度为 5。但是要注意,只有在定义数组时就初始化才可以这样写。如果定义数组时不初始化,那么省略数组长度就是语法错误。比如:
int a[];
那么编译时就会提示错误,编译器会提示你没有指定数组的长度。

下面给大家写一个简单的程序:
# include <stdio.h>
int main(void)
{
    int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int i;
    for (i=0; i<5; ++i)
    {
        printf("%dn", a[i]);
    }
    return 0;
}
输出结果是:
1
2
3
4
5

a 表示数组的名字,[5] 表示这个数组有 5 个元素,并分别用 a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4] 表示。并分别把花括号内的 1、2、3、4、5 赋给变量 a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]。再次强调,下标从 0 开始,即从 a[0] 开始,而不是 a[1]。

也可以用 scanf 手动从键盘对数组进行初始化:
# include <stdio.h>
int main(void)
{
    int a[5] = {0};  //数组清零初始化
    int i;
    printf("请输入5个数:");
    for (i=0; i<5; ++i)
    {
        scanf("%d", &a[i] );
    }
    for (i=0; i<5; ++i)
    {
        printf("%dx20", a[i]);
    }
    printf("n");
    return 0;
}
输出结果是:
请输入5个数:1 2 3 4 5
1 2 3 4 5

同使用 scanf 给字符数组输入字符串时有所不同,输入数字时必须用 for 循环进行输入。而输入字符串时无须用循环,直接用 scanf 就可以了。

一维数组元素的引用

数组必须先定义,然后使用。C 语言规定,只能逐个引用数组元素,而不能一次引用整个数组。前面讲过,数组元素的表示形式为:

数组名[下标]

下标可以是整型常量或整型表达式,比如:
a[0] = a[5] + a[7] - a[2 * 3]
千万要注意,定义数组时用到的“数组名[常量表达式]”和引用数组元素时用到的“数组名[下标]”是有区别的,定义数组时的常量表达式表示的是数组的长度,而引用数组元素时的下标表示的是元素的编号。比如:
# include <stdio.h>
int main(void)
{
    int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  //定义长度为5的数组a
    int t;
    t = a[3];  /*引用数组a中下标为3的元素a[3], 此时的3不代表数组的长度*/
    printf("t = %dn", t);
    return 0;
}   
输出结果是:
t = 4

“int a[5];”是定义了有 5 个元素的数组,这 5 个元素分别为 a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]。而 t=a[3] 中的 a[3] 不是数组,只是其中的元素 a[3]。

因此,下面这个程序是错的:
# include <stdio.h>
int main(void)
{
    int a[5];
    a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    return 0;
}
错误的原因是下面的 a[5] 不是数组。只有在定义的时候“a[常量]”表示的才是数组,此时方括号中的数字才表示数组长度。除此之外程序中任何地方看到“a[常量]”都不是数组,都只是数组的一个元素、一个变量,此时的“常量”表示的是元素的下标。

此外,当给元素单独赋值时不能加大括号,因为元素就是变量,即 a[5] 只是一个变量名。前面是怎么给变量赋值的现在就怎么给数组元素赋值,比如“a[5]=1;”。但是对于上面这个程序,这么写还是错误的。因为数组元素的下标是从 0 开始的,数组 a 的元素只有 a[0]~a[4],并没有 a[5] 这个元素。