c入门第十一篇——物以类聚(数组)

我："师弟，看你在发呆，怎么了？"

师弟："师兄，我喜欢的那个女生给我出了一道题。题目是输入班上学生的成绩，并对学生成绩排序，我在想怎么做。"

我："哦？这个女生有意思。你觉得难点是什么呢？"

师弟："我觉得有2个地方需要解决，一个是成绩的存储，另一个是成绩的排序。"

数组

何为数组？数组是一种数据结构，可以存储一组具有相同数据类型的元素。

数组中的每个元素都可以通过其索引（或位置）来访问，索引通常是从0开始的整数。

如师弟所困惑的学生成绩存储，就可以用一个int型的一维数组来存储(为了简单，假设所有学生成绩都是整型的)。

定义为: int student $64$ ; //假设1个班上的学生不到64个

那如何给数组赋值呢？直接通过索引来赋值。比如1号学生 student $0$ = 90, 2号学生 student $1$ = 90，以此类推，完成赋值。具体实现代码如下：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main()
{
    int student[64], i = 0, j;

    printf("please input grade for student, -1 is the end!\n");
    while (1) {
        scanf("%d", &student[i]);
        if (student[i] == -1) {
            break;
        }

        i++; //i作为索引去访问数组，当读取1个成绩，并赋给数组的一个元素，i就加1
    }

    for(j=0; j<i; j++) { //通过索引访问数组
        printf("%d ", student[j]); //输出学生成绩，检查输入是否符合预期
    }

    return 0;
}

当然，上面的写法很死，最多只支持64个学生，如果想支持更多的学生怎么办？可以根据学生数，动态申请内存，支持动态的数组大小，这个时候指针就发挥作用了。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> //支持malloc函数的使用

int main()
{
    int stu_num, *student, i;
    printf("please input the num of students:\n");
    scanf("%d", &stu_num);

    student = malloc(stu_num * sizeof(int)); //malloc动态申请内存大小
    if (student == NULL) {
        printf("malloc student failed!\n");
        return -1;
    }

    printf("please input grade for student, total %d:\n", stu_num);
    for (i=0; i<stu_num; i++) {
        scanf("%d", &student[i]);
    }

    for(i=0; i<stu_num; i++) {
        printf("%d ", student[i]); //通过索引打印
    }

    printf("\n");

    for(i=0; i<stu_num; i++) {
        printf("%d ", *(student + i)); //通过基地址偏移打印
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

这里先总结一下数组的特点：
1. 固定大小 ：数组在声明时其大小必须是固定的。
2. 连续内存：数组的元素在内存中连续存储。这意味着数组中第一个元素的内存地址是基地址(可以通过数组名获取基地址)，后面每个元素的地址都是基地址加上其偏移量，如下所示。

c 复制代码

    for(i=0; i<stu_num; i++) {
        printf("%d ", *(student + i)); //通过基地址偏移打印
    }

3. 数组名和索引访问元素：可以通过数组名称和索引来访问数组中的任何元素。

c 复制代码

    for(i=0; i<stu_num; i++) {
        printf("%d ", student[i]); //通过索引打印
    }

4. 初始化 ：在声明数组时，可以同时初始化数组中的元素。例如 int student $5$ = {1, 2, 3, 4, 5};。
5. 类型 ：所有数组中的元素都必须是同一数据类型。如果你声明了一个整数数组，那么你只能在这个数组中存储整数。
6. 索引越界：C语言不检查数组索引的边界，如果你尝试访问超出其定义大小的数组元素，你可能会访问到临近内存地址的数据，这可能导致数据损坏或程序崩溃，因此程序员必须确保他们不会越界。

在编程中，情况下会使用数组呢？

1. 处理数据集合 ：当需要储存和操作一组具有相同数据类型的元素时，数组是一个良好的选择。比如，储存一组学生的成绩、一列商品的价格等。
2. 固定大小的数据结构 ：当你在程序中需要一个固定大小的集合时，数组很有用。如果你知道需要存储的元素的数量，就可以直接使用数组。
3. 缓冲区或临时存储：在进行文件处理或网络通信时，数组常被用作缓冲区，临时保存数据块，直到数据被处理完毕。

数组因为在内存上是连续的，它的性能比较好。但是它也存在缺点，就是长度是固定的，在动态插入和删除元素时不够灵活，这种就需要链表来支持了，这个自然是后话。

这里也只是简单介绍了一维数组的使用，数组可以支持二位数组，三维数组或者更高维的数组，不过原理基本类似。当后面用到的时候，再逐步展开详述。