C++ 数组

一、数组的本质：连续存储的同类型数据集合

在 C++ 中，数组是一种内置的数据结构，用于存储固定大小的同类型元素，这些元素在内存中连续排列。这种存储特性使得数组具有以下关键特点：

• 随机访问高效：通过下标（索引）可直接定位元素，时间复杂度为 O(1)。
• 内存占用固定：声明时需指定大小，一经创建长度不可改变。

1.1 数组的声明与初始化

语法格式

数据类型 数组名[元素个数];

• 示例：

  int scores[5];       // 声明一个包含5个整数的数组，元素默认值未初始化（值为随机数）
  double prices[3] = {10.5, 20.0, 30.8};  // 初始化数组
  char vowels[] = {'a', 'e', 'i', 'o', 'u'};  // 省略大小，编译器自动计算（元素个数为5）
  

特殊初始化场景

• 全零初始化：

  int nums[10] = {0};  // 所有元素初始化为0
  

• 部分初始化：未显式初始化的元素自动填充为 0（内置类型）或默认值（类类型）。

1.2 数组的内存布局

假设定义 int arr[3] = {1, 2, 3};，其在内存中的存储如下：

内存地址（假设从 0x7fff 开始）	存储值
0x7fff	1
0x7fff + 4（int 占 4 字节）	2
0x7fff + 8	3

• 关键结论：
  • 数组名在多数情况下会隐式转换为指向首元素的指针（&arr[0]）。
  • 下标访问等价于指针偏移，如 arr[i] 等价于 *(arr + i)。

二、数组的核心操作：遍历、访问与指针关联

2.1 数组遍历的三种方式

方式 1：传统 for 循环

int arr[5] = {1, 3, 5, 7, 9};
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << arr[i] << " ";  // 输出：1 3 5 7 9
}

方式 2：范围 for 循环（C++11 特性）

for (int num : arr) {
    cout << num << " ";  // 输出同上
}

方式 3：指针遍历

int *ptr = arr;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << *(ptr + i) << " ";  // 输出同上
}

2.2 数组与指针的区别与联系

• 本质区别：
  • 数组是对象，有固定大小和内存地址。
  • 指针是变量，存储内存地址，可指向任意同类型数据。
• 容易混淆的场景：

  void func(int arr[10]) {  // 等价于 void func(int* arr)
      cout << sizeof(arr) << endl;  // 输出4/8（指针大小），而非10*4=40
  }
  

  
  结论：函数参数中的数组会退化为指针，无法通过 sizeof 获得原始数组大小。

三、多维数组：从一维到二维及以上

3.1 二维数组的声明与初始化

语法格式

数据类型 数组名[行数][列数];

• 示例：

  int matrix[2][3] = {
      {1, 2, 3},  // 第0行
      {4, 5, 6}   // 第1行
  };
  

内存存储方式

二维数组在内存中按行优先顺序连续存储，等价于一维数组的嵌套。例如 matrix 的存储顺序为：1→2→3→4→5→6。

3.2 多维数组的指针表示

• 二维数组名 matrix 是指向一维数组（含 3 个 int）的指针，类型为 int (*)[3]。
• 访问元素 matrix[i][j] 等价于 *(*(matrix + i) + j)。

四、数组的常见应用场景与注意事项

4.1 典型应用场景

1. 数据缓存：如缓冲区存储网络数据。
2. 数学计算：矩阵运算、向量操作等。
3. 字符串处理：C 风格字符串（以\0结尾的字符数组）。

4.2 易犯错误与规避

1. 下标越界：访问超过数组长度的索引（如 arr[5] 对长度为 5 的数组），会导致未定义行为。

   • 规避：使用 sizeof(arr)/sizeof(arr[0]) 获取数组长度（仅适用于原始数组，非指针）。

2. 数组传参退化问题：

   void printArray(int arr[], int size) {  // 显式传递size参数
       for (int i = 0; i < size; i++) { ... }
   }
   int main() {
       int arr[3] = {1,2,3};
       printArray(arr, sizeof(arr)/sizeof(int));  // 传递正确长度
   }
   

3. 与 vector 的对比：

   • 数组：固定大小，性能高，适合已知数据量的场景。
   • std::vector：动态扩容，安全性高，推荐优先使用（需包含头文件）。

五、实战案例：使用数组实现简单统计功能

需求：输入 10 个学生成绩，统计及格率（≥60 分）。

#include 
using namespace std;

int main() {
    int scores[10];
    int passCount = 0;

    // 输入成绩
    cout << "请输入10个学生成绩：" << endl;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        cin >> scores[i];
        if (scores[i] >= 60) passCount++;
    }

    // 计算及格率
    double passRate = static_cast(passCount) / 10 * 100;
    cout << "及格率：" << passRate << "%" << endl;

    return 0;
}

六、总结：数组的优缺点与现代 C++ 的选择

• 优点：
  • 内存连续，访问高效。
  • 底层实现简单，适合性能敏感场景。
• 缺点：
  • 大小固定，灵活性差。
  • 缺乏边界检查，安全性低。
• 现代开发建议：
  • 优先使用 std::vector 或 std::array（C++11 提供，封装了数组，支持迭代器和大小查询）。
  • 仅在需要与 C 语言接口兼容或极致性能优化时使用原始数组。

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通过本文，你已掌握 C++ 数组的核心概念、操作技巧及实战应用。在实际开发中，需根据场景选择合适的数据结构，兼顾性能与安全性。