数组(Array)是C语言编程中的一个基本概念，它能够有效地存储和操作大量数据集合。本指南涵盖了你需要了解的所有关于C语言数组的知识。
1. 同类对象的线性集合
C语言中的数组是同类型变量的集合，在内存中连续存储。元素使用从零开始的索引访问（例如，大小为N的数组使用A[0]到A[N-1]）。
使用数组的关键点：
使用#define来符号化设置数组大小，以提高可维护性过度声明数组大小（例如，分配10,000而不是100）通常是安全的，但会浪费内存访问数组边界之外是一个常见错误，在运行时通常无法检测到，会导致未定义行为
数组初始化
数组可以在声明时通过多种方式初始化：
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 完全初始化
int arr[5] = {1, 2}; // 部分初始化，其余设置为0
int arr[5] = {0}; // 所有元素设置为0
int arr[] = {1, 2, 3}; // 大小由初始化器决定
当数组未显式初始化时，它们包含不确定的值。在赋值前访问未初始化的数组可能导致未定义行为。
2. 读取数据到数组中
当向数组读取数据时，边界检查至关重要，以避免缓冲区溢出。使用"伙伴变量"跟踪已读取的元素数量，确保后续处理遵守数组容量。过多的输入应该明确处理，而不是静默丢弃。
代码示例：
#include
#define MAXVALS 100
int main() {
int A[MAXVALS], next, n = 0, excess = 0;
printf("最多输入 %d 个值，按^D结束\n", MAXVALS);
while (scanf("%d", &next) == 1) {
if (n == MAXVALS) {
excess++;
} else {
A[n++] = next;
}
}
printf("数组中读入了 %d 个值", n);
if (excess) {
printf("，丢弃了 %d 个多余的值", excess);
}
printf("\n");
return 0;
}
附加概念：动态内存分配
为了灵活性，C语言支持使用malloc和free进行动态分配：
int *arr = malloc(sizeof(int) * size);
if (arr == NULL) {
// 处理分配失败
}
free(arr); // 释放内存
这允许数组在运行时增长或缩小，不像静态数组。
3. 数组排序
排序是数组的一个常见操作。这里是一个简单的冒泡排序示例：
void bubbleSort(int arr[], int n) {
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
if (arr[j] > arr[j + 1]) {
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
}
标准库排序
C语言标准库提供了qsort函数进行高效排序，它实现了快速排序算法。快速排序是一个高效的原地排序算法，使用分治策略，平均时间复杂度为O(n log n)。
#include
int compare(const void *a, const void *b) {
return (*(int *)a - *(int *)b);
}
qsort(arr, n, sizeof(int), compare);
qsort函数接受四个参数：
指向要排序数组的指针数组中的元素数量每个元素的字节大小定义排序顺序的比较函数
比较函数必须返回：
如果第一个元素应该在第二个元素之前，返回负值如果元素相等，返回零如果第一个元素应该在第二个元素之后，返回正值
qsort对大型数据集更有效，并且通过提供适当的比较函数，可以支持任何数据类型的排序。算法选择一个"轴心"元素，并根据其他元素是小于还是大于轴心将它们划分为两个子数组，然后递归地对子数组进行排序。
4. 函数与数组
在函数中，数组作为指针传递，允许修改原始数组。这种行为是C语言的基础，通过避免数组复制来实现内存使用效率。
向函数传递数组
向函数传递数组时，始终包含数组大小参数以确保边界安全：
void processArray(int arr[], int size) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
arr[i] *= 2; // 示例操作
}
}
5. 二维数组
二维数组是数组的数组，通常用于表示矩阵、网格和表格：
int matrix[3][3] = {
{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9}
};
使用matrix[i][j]访问元素。内存仍然是连续的，采用行主序排列。
附加概念：动态二维数组
对于动态大小，分配二维数组：
int **matrix = malloc(rows * sizeof(int *));
for (int i = 0; i < rows; i++) {
matrix[i] = malloc(cols * sizeof(int));
}
// 释放内存
for (int i = 0; i < rows; i++) {
free(matrix[i]);
}
free(matrix);
6. 字符串和字符串数组
C语言中的字符串是以null结尾的char数组。标准库提供了string.h函数如strcpy和strcmp用于字符串操作。字符串可以存储在数组中，既可以是矩形矩阵（固定长度字符串）也可以是不规则数组（可变长度字符串）。
附加概念：字符串分词
用于解析，使用strtok分割字符串：
#include
char str[] = "苹果,香蕉,橘子";
char *token = strtok(str, ",");
while (token != NULL) {
printf("%s\n", token);
token = strtok(NULL, ",");
}
7. 指针和数组
在C语言中，数组和指针密切相关。数组名实际上是指向其第一个元素的常量指针。理解指针算术对于高效的数组操作至关重要。
附加概念：指针算术
通过指针访问数组元素：
int arr[] = {1, 2, 3};
int *p = arr;
printf("%d\n", *(p + 1)); // 打印2
8. 程序参数
argc（参数计数）和argv（参数向量），其中argv[0]是程序名。使用atoi将字符串参数转换为整数。
附加概念：错误处理
验证参数以避免错误：
#include
#include
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc < 2) {
fprintf(stderr, "用法: %s <数字>\n", argv[0]);
return 1;
}
int n = atoi(argv[1]);
printf("数字: %d\n", n);
return 0;
}
9. 案例研究：不同单词
本案例研究演示了读取文本并列出不同单词，约束条件是每个单词最多10个字符，总共最多1,000个单词。实现使用ctype.h函数如isalpha和来自string.h的字符串操作函数，采用线性搜索算法。
使用哈希表优化性能
对于大型单词集，哈希表实现提供更快的查找：
// 使用开放寻址的简化哈希表
#define TABLE_SIZE 1000
struct WordEntry {
char word[11];
int count;
};
struct WordEntry table[TABLE_SIZE];
// 实现哈希和插入函数
10. 练习和解答
练习1：阶乘循环
循环设置A[0] = 1，然后每个后续A[i] = i * A[i-1]，计算阶乘：
A[0] = 1A[1] = 1 * 1 = 1A[2] = 2 * 1 = 2A[3] = 3 * 2 = 6等等
练习2：质数
循环实现埃拉托斯特尼筛法来存储质数：
从A[0] = 2开始，然后检查从3开始的数字如果一个数n不能被任何之前的质数整除，它就存储在A中
练习5：字符串长度
int strlen(char *s) {
int len = 0;
while (s[len] != '\0') {
len++;
}
return len;
}
练习6：修改的getword
转换大写为小写并允许数字字符串：
#include
int getword(char *word, int max) {
int c, i = 0;
while ((c = getchar()) != EOF && i < max - 1) {
if (isalpha(c)) {
word[i++] = tolower(c);
} else if (isdigit(c)) {
word[i++] = c;
} else {
break;
}
}
word[i] = '\0';
return i > 0 ? i : EOF;
}
练习7：单词频率
跟踪并按频率排序：
struct WordEntry {
char word[11];
int count;
};
struct WordEntry words[1000];
int n = 0;
// 在main中，在getword之后：
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%s: %d\n", words[i].word, words[i].count);
}
// 按频率排序
qsort(words, n, sizeof(struct WordEntry), compareByCount);
11. 附加概念：内存对齐
C语言中的数组在内存中对齐以实现高效访问。未对齐的访问可能在某些架构上导致性能问题或错误。使用alignas（C11）进行显式对齐：
#include
alignas(16) int arr[100];
12. 结论
C语言中的数组是管理数据集合的强大工具，从简单的线性数组到复杂的字符串数组和程序参数。理解边界检查、指针算术和动态分配可以增强它们的实用性。结合数组与高级技术如qsort、动态内存和哈希表，开发者可以构建健壮和高效的C程序。如有问题、欢迎留言讨论。