到目前为止, 我们所见的变量都是标量: 用于保存单一数据项.
C 还支持聚合变量, 它可以存储一组一组的数值.
C中有两种聚合类型: 数组 和结构体
本章的重点是一维数组, 它在 C 语言中的作用比多维数组更大.
数组是包含多个数据值的数据结构, 每个数据值具有相同类型.
数据值称为元素, 可以根据它们在数组中的位置选择出来.
最简单的数组是一维数组, 一维数组中的元素一个接一个地排列在单独一行中:
要声明一个数组, 必须指定数组元素的类型和数量:
int a[10];
元素可以是任何类型; 数组的长度可以是任何(整数)常量表达式.
#define N 10
…
int a[N];
可以用宏来定义数组的长度
要访问数组元素, 可在数组名后加上一个方括号括起来的整数值.
这被称为对数组取下标或进行索引.
长度为n的数组元素的索引从0到n–1.
若数组a长度为10, 元素依次可标记为a[0],a[1],...,a[9]:
| a[0] | a[1] | a[2] | a[3] | a[4] | a[5] | a[6] | a[7] | a[8] | a[9] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| | | | | | | | | | |
形如a[i]的表达式是左值, 因此可以像普通变量一样使用它们:
a[0] = 1;
printf("%d\n", a[5]);
++a[i];
如果数组包含T类型的元素, 则每个元素都被视为T类型的变量.
许多程序包含for循环, 对数组中的每个元素执行一些操作.
对长度为N的数组a的常见操作示例:
for (i = 0; i < N; i++)
a[i] = 0; /* clears a */
for (i = 0; i < N; i++)
scanf("%d", &a[i]); /* reads data into a */
for (i = 0; i < N; i++)
sum += a[i]; /* sums the elements of a */
C不检查下标的范围; 若超出范围, 程序可能执行不可预知的行为
n个元素的数组索引是从0到n–1, 而不是从1到n:
int a[10], i;
for (i = 1; i <= 10; i++)
a[i] = 0;
对于某些编译器, 这种表面上正确的for语句会导致无限循环.
数组下标可以是任何整数表达式:
a[i + j * 10] = 0;
表达式甚至可能会产生副作用:
i = 0;
while (i < N)
a[i++] = 0;
当数组下标有副作用时要小心:
i = 0;
while (i < N)
a[i] = b[i++];
表达式a[i] = b[i++]访问并修改i的值, 导致未定义的行为.
可通过从下标中移走自增操作来避免该问题:
for (i = 0; i < N; i++)
a[i] = b[i];
reverse.c程序提示用户输入一串数, 然后以相反的顺序输出这些数:
输入 10 个号码: 34 82 49 102 7 94 23 11 50 31
逆序: 31 50 11 23 94 7 102 49 82 34
程序在读取数字时将它们存储在一个数组中, 然后反向遍历数组, 挨个打印元素.
reverse.c
/* 数列反向 */
#include <stdio.h>
#define N 10
int main(void)
{
int a[N], i;
printf("Enter %d numbers: ", N);
for (i = 0; i < N; i++)
scanf("%d", &a[i]);
printf("In reverse order:");
for (i = N - 1; i >= 0; i--)
printf(" %d", a[i]);
printf("\n");
return 0;
}
与其他变量一样, 数组可以在声明时获得一个初始值.
数组初始化式最常见的格式是用大括号括起来的常量表达式列表, 常量表达式之间用逗号分隔:
int a[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
如果初始化式比数组短, 则将数组的其余元素赋值为0:
int a[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
/* a 的初始值为 {1, 2、 3、 4、 5、 6、 0, 0, 0, 0} */
利用这一特性, 可以轻松地将数组初始化为全0:
int a[10] = {0};
/* a 的初始值为 {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0} */
大括号内只有一个 0, 因为初始化式完全为空是非法的
初始化式比要初始化的数组长也是非法的
如果给定了初始化式, 可以省略数组的长度:
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
编译器利用初始化式的长度来确定数组的大小
通常, 数组中只有相对较少的元素需要显式初始化.
其他元素可以进行默认赋值, 一个例子:
int a[15] = {0, 0, 29, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 7, 0, 0, 0, 0, 48};
对于大数组, 以这种方式初始化既冗长又容易出错.
C99的指定初始化式可用来解决这个问题.
前面的例子可以使用指定初始化式写为:
int a[15] = {[2] = 29, [9] = 7, [14] = 48};
括号中的数字称为指示符.
指定初始值化式可以使赋值更短且更易读.
此外, 赋值的顺序不再是一个问题.
前面例子的另一种写法:
int a[15] = {[14] = 48, [9] = 7, [2] = 29};
顺序无关
指示符必须是整型常量表达式
如果要初始化的数组长度为n, 则指示符的值必须在0和n–1之间
如果省略数组的长度, 则指示符可以是任何非负整数
编译器将从最大指示符推导出数组长度, 以下数组将有24个元素:
int b[] = {[5] = 10, [23] = 13, [11] = 36, [15] = 29};
长度自动推导
初始化式可同时使用逐元素初始化和指定初始化式:
int c[10] = {5, 1, 9, [4] = 3, 7, 2, [8] = 6};
repdigit.c程序检查数中的数字是否出现多次.
用户输入数后, 程序会显示重复数字或无重复数字:
输入号码: 28212
重复数字
数字28212有一个重复的数字 2; 而9357这样的数字没有.
程序使用一个由10个布尔值的数组来跟踪数字中出现的数字.
最初, digit_seen数组的每个元素为假.
程序每次取出n中的一个数字, 并存储在变量digit中:
如果digit_seen[digit]为真, 则digit在n中至少出现两次.
如果digit_seen[digit]为假, 则digit之前未出现过, 将其设置为真并继续.
repdigit.c
/* 检查数字中是否有重复的数字 */
#include <stdbool.h> /* C99 only */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
bool digit_seen[10] = {false};
int digit;
long n;
printf("Enter a number: ");
scanf("%ld", &n);
while (n > 0) {
digit = n % 10;
if (digit_seen[digit])
break;
digit_seen[digit] = true;
n /= 10;
}
if (n > 0)
printf("Repeated digit\n");
else
printf("No repeated digit\n");
return 0;
}
sizeof运算符可以确定数组的大小(字节数)
若数组a有10个整数, 则sizeof(a)为40(假定每个整数4字节)
我们还可以用sizeof来计算数组元素(如a[0])的大小
将数组大小除以元素大小可以得出数组的长度:
sizeof(a) / sizeof(a[0])
一些程序员在需要数组长度时使用sizeof表达式.
如数组a清零操作的循环:
for (i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(a[0]); i++)
a[i] = 0;
即使数组长度在日后需改变, 也无需修改循环
编译器可能会为表达式i < sizeof(a) / sizeof(a[0])生成警告信息.
变量i类型可能是int(有符号), 而sizeof返回值类型为size_t无符号.
将有符号整数与无符号整数进行比较可能危险, 但这里是安全的.
为避免警告, 可将sizeof(a) / sizeof(a[0])强制转换为有符号整数:
for (i = 0; i < (int) (sizeof(a) / sizeof(a[0])); i++)
a[i] = 0;
为数组大小的计算定义一个宏通常很有帮助:
#define SIZE ((int) (sizeof(a) / sizeof(a[0])))
for (i = 0; i < SIZE; i++)
a[i] = 0;
宏表达式的括号需要加上，防止出现运算顺序不一致
interest.c程序打印一张表格, 显示在几年内以不同利率投资的100美元的价值
用户输入利率和投资的年数
投资总价值每年计算一次, 表格将显示出在输入利率和紧随其后的4个更高利率下投资的总价值.
程序会话如下:
Enter interest rate: 6
Enter number of years: 5
Years 6% 7% 8% 9% 10%
1 106.00 107.00 108.00 109.00 110.00
2 112.36 114.49 116.64 118.81 121.00
3 119.10 122.50 125.97 129.50 133.10
4 126.25 131.08 136.05 141.16 146.41
5 133.82 140.26 146.93 153.86 161.05
打印n * m的二维数组
第二行数字的值取决于第一行数字, 因此:
将第一行存储在数组中.
使用数组中的值来计算第二行.
对第三行和后面的行重复此过程.
该程序使用嵌套的for语句.
外层循环从1计数到用户要求的年数.
内层循环将从利率的最低值递增到最高值.
interest.c
/* 打印复利表 */
#include <stdio.h>
#define NUM_RATES ((int) (sizeof(value) / sizeof(value[0])))
#define INITIAL_BALANCE 100.00
int main(void)
{
int i, low_rate, num_years, year;
double value[5];
printf("Enter interest rate: ");
scanf("%d", &low_rate);
printf("Enter number of years: ");
scanf("%d", &num_years);
printf("\nYears");
for (i = 0; i < NUM_RATES; i++) {
printf("%6d%%", low_rate + i);
value[i] = INITIAL_BALANCE;
}
printf("\n");
for (year = 1; year <= num_years; year++) {
printf("%3d ", year);
for (i = 0; i < NUM_RATES; i++) {
value[i] += (low_rate + i) / 100.0 * value[i];
printf("%7.2f", value[i]);
}
printf("\n");
}
return 0;
}
在C89中, 数组变量的长度必须由常量表达式指定.
在C99中, 数组变量的长度也可使用非常量表达式(变长数组).
reverse2.c程序(reverse.c的修改版)展示了这种用法.
reverse2.c
/* 使用变长数组反转数列 - 仅限 C99 */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int i, n;
printf("How many numbers do you want to reverse? ");
scanf("%d", &n);
int a[n]; /* C99 only - length of array depends on n */
printf("Enter %d numbers: ", n);
for (i = 0; i < n; i++)
scanf("%d", &a[i]);
printf("In reverse order:");
for (i = n - 1; i >= 0; i--)
printf(" %d", a[i]);
printf("\n");
return 0;
}
reverse2.c程序中的数组a是变长数组.
变长数组的长度是在程序执行时计算的.
变长数组的主要优点是程序可以准确计算需要多少元素.
如果程序员指定长度, 数组可能过长(浪费内存)或过短(导致出错).
变长数组的长度不一定要用变量来指定. 任意表达式都可以:
int a[3*i+5];
int b[j+k];