十四天学会C++之第三天（数组和字符串）

1. 数组的定义和初始化

数组是一种由相同数据类型的元素组成的集合，这些元素按照一定的顺序存储在连续的内存位置上。数组的大小在创建时是固定的，无法在运行时改变。

在C++中，数组的定义和声明非常简单。定义一个数组：

数据类型 数组名[数组大小];

数据类型可以是整数、浮点数、字符等，数组名是你为数组取的名字，数组大小表示数组可以容纳的元素数量。示例：

int numbers[5];          // 整数数组，包含5个元素
double temperatures[7];  // 浮点数数组，包含7个元素
char vowels[5];          // 字符数组，包含5个元素

数组的初始化。数组可以在声明时进行初始化，也可以后期赋值。静态初始化是在声明时提供初始值，动态初始化是在声明后使用赋值语句赋初值。

静态初始化：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 静态初始化，包含5个整数

动态初始化：

double temperatures[7];  // 声明数组
temperatures[0] = 98.6;  // 动态初始化第一个元素
temperatures[1] = 95.5;  // 动态初始化第二个元素
// 以此类推...

2. 数组的基本操作

访问数组元素： 要访问数组中的元素，使用数组名称后跟方括号，方括号中包含元素的索引（从0开始）。访问数组中的第一个元素：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int firstNumber = numbers[0]; // 访问第一个元素

修改数组元素： 修改数组中的元素，使用相同的索引来指定要修改的元素，并分配一个新的值给它。修改数组中的第三个元素：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
numbers[2] = 100; // 修改第三个元素的值为100

获取数组长度： C++中，获取数组的长度可以使用sizeof运算符来实现。获取上面数组numbers的长度：

int length = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);

返回数组中元素的数量，在循环等操作中控制数组的访问。

数组的遍历： 遍历数组意味着访问数组的每个元素。通过循环来完成，最常见的是使用for循环。遍历数组并打印每个元素的示例：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << numbers[i] << " "; // 打印每个元素
}

3. 字符串的处理

引入字符串的概念： 字符串是一组字符的序列，表示文本数据。在C++中，有两种主要的字符串表示方式：C-风格字符串和C++字符串类。

C-风格字符串： C-风格字符串实际上是字符数组，以空字符'\0'结尾。例如：

char greeting[] = "Hello, World!";

C-风格字符串需要手动处理字符串的长度和内存分配。

C++字符串类： C++提供了一个名为std::string的字符串类，它是C-风格字符串的现代替代品。使用字符串类，可以方便地处理字符串，无需担心内存管理和长度问题。

#include <string>
std::string greeting = "Hello, World!";

字符串的基本操作： 无论是C-风格字符串还是C++字符串类，都支持基本的字符串操作，如拼接、查找子串、比较等。示例：

• 拼接字符串：

std::string firstName = "John";
std::string lastName = "Doe";
std::string fullName = firstName + " " + lastName;

• 查找子串：

std::string sentence = "This is a sample sentence.";
size_t found = sentence.find("sample");
if (found != std::string::npos) {
    std::cout << "Found 'sample' at position " << found << std::endl;
}

• 比较字符串：

std::string str1 = "apple";
std::string str2 = "banana";
int result = str1.compare(str2);
if (result == 0) {
    std::cout << "Strings are equal." << std::endl;
} else if (result < 0) {
    std::cout << "str1 is less than str2." << std::endl;
} else {
    std::cout << "str1 is greater than str2." << std::endl;
}

4. C-风格字符串和C++字符串类

对比C-风格字符串和C++字符串类：

• C-风格字符串（字符数组）：
  • 使用字符数组表示，以null字符('\0')结尾。
  • 需要手动管理内存和长度。
  • 操作较为繁琐，容易造成越界和内存泄漏。

char greeting[20] = "Hello, World!";

• C++字符串类 (std::string)：
  • 使用现代C++标准库提供的std::string类。
  • 自动管理内存，不需要担心内存分配和释放。
  • 提供丰富的字符串操作方法，更安全和高效。

#include <string>
std::string greeting = "Hello, World!";

C++字符串类的常见操作：

• 拼接字符串：

std::string str1 = "Hello, ";
std::string str2 = "World!";
std::string greeting = str1 + str2;  // "Hello, World!"

• 查找子串：

std::string sentence = "This is a sample sentence.";
size_t found = sentence.find("sample");
if (found != std::string::npos) {
    std::cout << "Found 'sample' at position " << found << std::endl;
}

• 替换子串：

std::string sentence = "The quick brown fox jumps over the lazy dog.";
sentence.replace(10, 5, "red");  // Replace "brown" with "red"

5. 示例和练习

示例 1：使用数组存储一组数字，并计算它们的平均值。

#include <iostream>

int main() {
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int sum = 0;

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sum += numbers[i];
    }

    double average = static_cast<double>(sum) / 5;
    std::cout << "Average: " << average << std::endl;

    return 0;
}

运行结果：

示例 2：使用字符串处理用户输入的姓名，并输出欢迎消息。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string name;
    std::cout << "Enter your name: ";
    std::cin >> name;
    std::cout << "Welcome, " << name << "!" << std::endl;

    return 0;
}

运行结果：

练习题：

1. 创建一个整数数组，存储一组学生的考试成绩，并计算平均分。

2. 编写一个程序，要求用户输入一个句子，然后统计句子中的单词数。

3. 使用C++字符串类，编写一个程序，将两个字符串拼接在一起，并输出结果。

4. 创建一个字符数组，存储你喜欢的一句名言，并编写程序将其中的某个单词替换为其他单词。

问题 1：创建一个整数数组，存储一组学生的考试成绩，并计算平均分。

#include <iostream>

int main() {
    const int numStudents = 5; // 假设有5名学生
    int scores[numStudents];
    int sum = 0;

    // 输入学生的成绩
    for (int i = 0; i < numStudents; i++) {
        std::cout << "输入第 " << i + 1 << " 名学生的成绩：";
        std::cin >> scores[i];
        sum += scores[i];
    }

    double average = static_cast<double>(sum) / numStudents;
    std::cout << "平均分：" << average << std::endl;

    return 0;
}

运行结果：

问题 2：编写一个程序，要求用户输入一个句子，然后统计句子中的单词数。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string sentence;
    int wordCount = 0;

    std::cout << "请输入一个句子：";
    std::getline(std::cin, sentence);

    // 通过空格切分句子并统计单词数
    for (char c : sentence) {
        if (c == ' ') {
            wordCount++;
        }
    }

    // 最后一个单词后没有空格，所以需要额外加一
    wordCount++;

    std::cout << "单词数：" << wordCount << std::endl;

    return 0;
}

运行结果：

问题 3：使用C++字符串类，编写一个程序，将两个字符串拼接在一起，并输出结果。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str1 = "Hello, ";
    std::string str2 = "World!";
    std::string result = str1 + str2;

    std::cout << result << std::endl;

    return 0;
}

运行结果：

问题 4：创建一个字符数组，存储你喜欢的一句名言，并编写程序将其中的某个单词替换为其他单词。

#include <iostream>
#include <cstring>

int main() {
    char quote[] = "生活不止眼前的苟且，还有诗和远方。";
    const char* wordToReplace = "苟且";
    const char* replacement = "快乐";

    // 查找目标单词的位置
    char* found = std::strstr(quote, wordToReplace);

    if (found) {
        // 找到目标单词，进行替换
        int position = found - quote;
        std::strcpy(quote + position, replacement);
    }

    std::cout << quote << std::endl;

    return 0;
}

运行结果：