C语言数组的相关知识点

一、数组的概念

在C语言中，数组是一种非常重要的数据结构，用于存储多个相同类型的元素。数组可以看作是一个容器，其中的每个元素都有一个固定的内存位置，并且可以通过索引来访问。数组的主要优点是能够高效地存储和访问大量数据，同时支持随机访问，即通过索引快速定位到任意元素。

数组在程序设计中有着广泛的应用，例如存储一组数据、实现队列或栈等数据结构，以及处理矩阵运算等。数组的使用需要掌握其基本概念、创建、初始化、访问和内存布局等知识点。

二、一维数组的创建和初始化

（一）创建一维数组

一维数组是最简单的数组形式，它在内存中是一块连续的存储区域，用于存储相同类型的元素。创建一维数组的基本语法如下：

类型名 数组名[数组长度];

例如，创建一个长度为5的整型数组：

int arr[5];

这里，arr 是数组名，5 是数组的长度，表示数组可以存储5个整型元素。数组的长度必须是正整数，且在定义时不能省略。

（二）初始化一维数组

数组在创建时可以同时进行初始化，即将数组的每个元素赋予初始值。初始化的方式有以下几种：

1. 逐个赋值初始化：在定义数组时，通过大括号{}逐个为数组元素赋值。例如：

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

这种方式要求初始化列表中的元素个数与数组长度一致。如果初始化列表中的元素个数少于数组长度，则剩余的元素会被自动初始化为0。

1. 部分初始化：如果初始化列表中的元素个数少于数组长度，剩余的元素会被自动初始化为0。例如：

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

此时，arr[0] = 1，arr[1] = 2，而arr[2]、arr[3]和arr[4]都会被初始化为0。

1. 默认初始化：如果在定义数组时没有提供初始化列表，则数组的元素会被自动初始化为0（对于全局数组）或保留内存中的垃圾值（对于局部数组）。例如：

int arr[5];

对于局部数组arr，其元素值是不确定的；而对于全局数组，其元素会被初始化为0。

三、一维数组的使用

（一）访问数组元素

数组元素可以通过索引访问，索引从0开始。例如，访问数组arr的第一个元素可以使用arr[0]，访问第二个元素可以使用arr[1]，以此类推。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
printf("第一个元素：%d\n", arr[0]); // 输出1
printf("第二个元素：%d\n", arr[1]); // 输出2

（二）遍历数组

在实际应用中，经常需要对数组中的每个元素进行操作，例如求和、查找最大值等。可以通过循环语句遍历数组。例如，计算数组arr中所有元素的和：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    sum += arr[i];
}
printf("数组元素之和：%d\n", sum); // 输出15

（三）数组作为函数参数

数组可以作为函数的参数传递。当数组作为参数传递时，实际上是传递数组的首地址。因此，函数可以通过指针操作数组中的元素。例如，编写一个函数用于计算数组的平均值：

double average(int arr[], int length) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        sum += arr[i];
    }
    return (double)sum / length;
}

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printf("数组的平均值：%f\n", average(arr, 5));
    return 0;
}

四、一维数组在内存中的存储

一维数组在内存中是连续存储的。例如，对于一个整型数组int arr[5]，其在内存中的存储如下：

内存地址	arr[0]	arr[1]	arr[2]	arr[3]	arr[4]
0x1000	1	2	3	4	5

数组的首地址是数组的第一个元素的地址，可以通过&arr[0]或arr获取。数组的每个元素占用的内存大小取决于数组的类型。例如，int类型通常占用4个字节，因此arr[1]的地址是arr[0]的地址加上4个字节。

五、sizeof计算数组元素个数

sizeof运算符可以用来计算数组的总字节数。通过sizeof运算符，可以方便地计算数组的长度。例如：

int arr[5];
printf("数组的总字节数：%zu\n", sizeof(arr)); // 输出20
printf("数组的元素个数：%zu\n", sizeof(arr) / sizeof(arr[0])); // 输出5

这里，sizeof(arr)计算的是整个数组的字节数，sizeof(arr[0])计算的是数组中每个元素的字节数。通过两者的比值，可以得到数组的元素个数。

六、二维数组的创建

二维数组可以看作是一个表格，其中的每个元素可以通过两个索引来访问。创建二维数组的基本语法如下：

类型名 数组名[行数][列数];

例如，创建一个3行4列的整型二维数组：

int arr[3][4];

这里，3表示数组的行数，4表示数组的列数，表示数组可以存储3×4=12个整型元素。

七、二维数组的初始化

二维数组的初始化方式与一维数组类似，可以通过大括号{}逐个为数组元素赋值。例如：

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

这种方式要求初始化列表中的元素个数与数组的总元素个数一致。如果初始化列表中的元素个数少于数组的总元素个数，则剩余的元素会被自动初始化为0。

也可以部分初始化二维数组。例如：

int arr[3][4] = {
    {1, 2},
    {5, 6},
    {9, 10}
};

此时，arr[0][0] = 1，arr[0][1] = 2，arr[1][0] = 5，arr[1][1] = 6，arr[2][0] = 9，arr[2][1] = 10，而其他元素都会被初始化为0。

八、二维数组的使用

（一）访问二维数组元素

二维数组的元素可以通过两个索引访问，第一个索引表示行，第二个索引表示列。例如，访问二维数组arr的第一行第二列的元素可以使用arr[0][1]。

int arr[3][4] = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};
printf("第一行第二列的元素：%d\n", arr[0][1]); // 输出2

（二）遍历二维数组

可以通过嵌套循环语句遍历二维数组。例如下面代码所示，计算二维数组arr中所有元素的和：

int arr[3][4] = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 4; j++) {
        sum += arr[i][j];
    }
}
printf("二维数组元素之和：%d\n", sum); // 输出78

（三）二维数组作为函数参数

二维数组也可以作为函数参数传递。由于二维数组在内存中是连续存储的，因此可以通过指针操作二维数组中的元素。不过，传递二维数组时需要注意数组的行和列的大小。例如，编写一个函数用于计算二维数组的对角线元素之和：

int diagonalSum(int arr[][4], int rows) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        sum += arr[i][i]; // 主对角线元素
    }
    return sum;
}

int main() {
    int arr[3][4] = {
        {1, 2, 3, 4},
        {5, 6, 7, 8},
        {9, 10, 11, 12}
    };
    printf("主对角线元素之和：%d\n", diagonalSum(arr, 3));
    return 0;
}

在传递二维数组时，必须指定数组的列数（即arr[][4]），因为编译器需要通过列数来计算每个元素的内存偏移量。

九、二维数组在内存中的存储

二维数组在内存中也是连续存储的，但存储方式是按行优先的。这意味着二维数组的每一行会被连续存储在内存中，行与行之间也是连续的。例如，对于一个3行4列的二维数组int arr[3][4]，其在内存中的存储如下：

内存地址	arr[0][0]	arr[0][1]	arr[0][2]	arr[0][3]	arr[1][0]	arr[1][1]	arr[1][2]	arr[1][3]	arr[2][0]	arr[2][1]	arr[2][2]	arr[2][3]
0x1000	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

二维数组的首地址是数组的第一个元素（arr[0][0]）的地址，可以通过&arr[0][0]或arr获取。二维数组的每个元素占用的内存大小取决于数组的类型。例如，int类型通常占用4个字节，因此arr[1][0]的地址是arr[0][0]的地址加上4×4个字节（因为每行有4个元素）。