四.数组基础
在 C++ 中，数组（Arrays）是一种用来存储固定大小、相同类型元素的连续内存空间的数据结构。你可以把它想象成一系列排好队的小格子，每个格子都装着同一类东西。
数组的声明和初始化
在使用数组前，我们首先要声明它，告诉编译器数组叫什么名字、能装多少个元素、以及元素是什么类型。初始化则是在声明的同时或之后给数组元素赋予初始值。
基本数组声明
要声明一个数组，你需要指定元素的数据类型、数组的名称以及它能容纳的元素数量（大小）。
C++
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
// 声明一个包含5个整数的数组，名为 'numbers'
// 此时，数组中的5个位置已经被分配，但里面的值是不确定的（通常是“垃圾值”）
int numbers[5];
// 初始化数组元素：逐个赋值
// 数组的索引（下标）从0开始，这意味着第一个元素是 numbers[0]，
// 第二个是 numbers[1]，以此类推。
numbers[0] = 10;
numbers[1] = 20;
numbers[2] = 30;
numbers[3] = 40;
numbers[4] = 50; // 因为数组大小是5，所以最后一个元素的索引是 4 (即 5 - 1)
// 访问数组元素：使用循环遍历并打印每个元素
// 循环条件 i < 5 确保我们不会访问到数组范围之外的内存，
// 因为索引最大只到 4。
for (int i = 0; i < 5; i++) {
cout << "numbers[" << i << "] = " << numbers[i] << endl;
}
return 0;
}运行结果示例:
Plain Text
numbers[0] = 10
numbers[1] = 20
numbers[2] = 30
numbers[3] = 40
numbers[4] = 50数组初始化方法
C++ 提供了多种方便的方式来初始化数组，让你的代码更简洁。
C++
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
// 方法1：使用初始化列表
// 这是最常见和推荐的方式。编译器会根据列表中的元素数量自动确定数组大小，
// 或者如果你指定了大小，它会检查是否匹配。
int arr1[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
// 方法2：自动计算大小
// 当你不确定数组需要多大，或者想让编译器帮你数时，可以省略方括号里的数字。
// 编译器会自动计算出 arr2 的大小是 5。
int arr2[] = {10, 20, 30, 40, 50};
// 方法3：部分初始化（其余元素为0）
// 如果初始化列表中的元素数量少于数组声明的大小，
// 那么剩余的元素会自动被初始化为0。
int arr3[5] = {1, 2, 3}; // arr3 将是 {1, 2, 3, 0, 0}
// 方法4：全部初始化为0
// 这是一个便捷的方法，将数组的所有元素都初始化为0。
int arr4[5] = {0}; // arr4 将是 {0, 0, 0, 0, 0}
// 方法5：C++11 统一初始化（推荐的现代C++写法）
// C++11 引入了花括号 {} 作为通用的初始化方式，语法更统一，更安全。
// 当然有些比赛（比如蓝桥杯）或者做题网站可能使用C++98、C++6之类的老引擎，这时就用不了这种方法了。
int arr5[5]{1, 2, 3, 4, 5}; // 功能与方法1相同
// 输出 arr1 的内容
cout << "arr1: ";
for (int i = 0; i < 5; i++) {
cout << arr1[i] << " ";
}
cout << endl;
// 输出 arr3 的内容，观察未初始化的元素是否为0
cout << "arr3: ";
for (int i = 0; i < 5; i++) {
cout << arr3[i] << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}运行结果示例:
Plain Text
arr1: 1 2 3 4 5
arr3: 1 2 3 0 0关键点回顾：
- 索引从0开始： 如果数组有 N 个元素，它们的索引是
0到N-1。 - 固定大小： C++ 中的普通数组一旦声明，其大小就固定了，不能在运行时改变。
- 内存连续： 数组的元素在内存中是紧挨着存放的，这使得访问速度非常快。
多维数组
多维数组可以看作是“数组的数组”。最常见的是二维数组（如表格或矩阵）和三维数组（如立方体或空间网格）。
二维数组
二维数组就像一个表格，有行和列，横的是行，竖的是列。声明时，你需要指定行数和列数。访问元素时，则需要两个索引：[行索引][列索引]。
C++
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
// 声明并初始化一个 2x3 的二维数组 (2行, 3列)
// 它可以被想象成：
// [1, 2, 3]
// [4, 5, 6]
int matrix[2][3] = {
{1, 2, 3}, // 第一行（索引 0）
{4, 5, 6} // 第二行（索引 1）
};
// 访问二维数组元素
// 外层循环控制行，内层循环控制列
for (int i = 0; i < 2; i++) { // 遍历行 (i 从 0 到 1)
for (int j = 0; j < 3; j++) { // 遍历列 (j 从 0 到 2)
cout << "matrix[" << i << "][" << j << "] = " << matrix[i][j] << endl;
}
}
// 打印矩阵形式：更直观地显示二维数组内容
cout << "\nMatrix:" << endl;
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
cout << matrix[i][j] << " ";
}
cout << endl;
}
return 0;
}运行结果示例:
Plain Text
matrix[0][0] = 1
matrix[0][1] = 2
matrix[0][2] = 3
matrix[1][0] = 4
matrix[1][1] = 5
matrix[1][2] = 6
Matrix:
1 2 3
4 5 6三维数组
三维数组可以看作是二维数组的集合，或者说是一个“立方体”。你需要三个索引来定位一个元素：[第一维索引][第二维索引][第三维索引]。
你可以这样理解这些索引：
- 第一维索引：这相当于你堆叠的二维数组的层数。想象你把多个二维表格（像Excel工作表）一个接一个地叠起来，第一维索引就是用来选择你要看哪一张表格。
- 第二维索引：在你选定的那一张二维表格（层）里，这代表着表格的行数。
- 第三维索引：这代表着表格中具体某一行里的列数。
C++
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
// 声明并初始化一个 2x3x2 的三维数组 (2层, 每层3行, 每行2列)
int cube[2][3][2] = {
// 第一层（索引 0）
{
{1, 2}, // 0,0,x
{3, 4}, // 0,1,x
{5, 6} // 0,2,x
},
// 第二层（索引 1）
{
{7, 8}, // 1,0,x
{9, 10}, // 1,1,x
{11, 12} // 1,2,x
}
};
// 访问三维数组元素：使用三层嵌套循环
for (int i = 0; i < 2; i++) { // 遍历第一维 (层)
for (int j = 0; j < 3; j++) { // 遍历第二维 (行)
for (int k = 0; k < 2; k++) { // 遍历第三维 (列)
cout << "cube[" << i << "][" << j << "][" << k
<< "] = " << cube[i][j][k] << endl;
}
}
}
return 0;
}运行结果示例:
Plain Text
cube[0][0][0] = 1
cube[0][0][1] = 2
cube[0][1][0] = 3
cube[0][1][1] = 4
cube[0][2][0] = 5
cube[0][2][1] = 6
cube[1][0][0] = 7
cube[1][0][1] = 8
cube[1][1][0] = 9
cube[1][1][1] = 10
cube[1][2][0] = 11
cube[1][2][1] = 12字符数组和字符串
在 C++ 中，字符串通常以两种方式表示：C 风格字符串（即字符数组）和 C++ 标准库中的 std::string。这里我们先关注基础的字符数组,std::string 将在后面的课程中学习，感兴趣的同学可以提前了解一下。
字符数组是 char 类型元素的数组，用来存储一系列字符。一个 C 风格字符串以空字符 \0 结尾，这个空字符标志着字符串的结束。
C++
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
int main() {
// 字符数组声明和初始化
// char str1[10] 可以存储最多9个字符 + 1个空字符\0
char str1[10] = "Hello";
// char str2[] 编译器会自动计算大小，包括空字符\0
char str2[] = "World";
// 直接打印字符数组，cout 会识别并打印直到遇到空字符为止
cout << "str1: " << str1 << endl;
cout << "str2: " << str2 << endl;
// 字符串长度：使用 strlen() 函数 (来自 <cstring>)
// 它返回字符串中字符的数量，不包括终止空字符。
cout << "Length of str1: " << strlen(str1) << endl;
// 字符串复制：使用 strcpy() 函数 (来自 <cstring>)
// 将 str1 的内容复制到 str3。str3 必须有足够的空间。
char str3[20]; // 声明一个足够大的字符数组
strcpy(str3, str1);
cout << "str3 (copied): " << str3 << endl;
// 字符串连接：使用 strcat() 函数 (来自 <cstring>)
// 将一个字符串连接到另一个字符串的末尾。
strcat(str3, " "); // 在 str3 后连接一个空格
strcat(str3, str2); // 在 str3 后连接 str2 的内容
cout << "str3 (concatenated): " << str3 << endl;
// 字符串比较：使用 strcmp() 函数 (来自 <cstring>)
// 如果两个字符串相等，返回0。否则返回非0值。
if (strcmp(str1, str2) == 0) {
cout << "str1 equals str2" << endl;
} else {
cout << "str1 does not equal str2" << endl;
}
return 0;
}运行结果示例:
Plain Text
str1: Hello
str2: World
Length of str1: 5
str3 (copied): Hello
str3 (concatenated): Hello World
str1 does not equal str2多维数组和字符数组的总结：
- 多维数组通过增加方括号来扩展维度，每个维度都有自己的索引。它适用于表示表格、图像、游戏地图等需要多个坐标来定位的数据。
- 字符数组是 C++ 中处理字符串的传统方式，需要特别注意字符串末尾的空字符
\0。操作字符数组时，通常会用到<cstring>库中的函数（如strlen,strcpy,strcat,strcmp）。
数组作为函数参数
在 C++ 中，当你将一个数组传递给函数时，实际上数组会“退化”成一个指向其第一个元素的指针。这意味着函数接收到的是数组的内存地址，而不是数组的完整副本。
这个特性有几个重要的含义：
- 不会复制整个数组：这对于大型数组来说非常高效，避免了不必要的内存开销和复制时间。
- 函数可以修改原始数组：由于函数接收的是地址，它可以通过这个地址直接访问并修改原始数组中的元素。这种行为被称为“传引用”（pass-by-reference）的效果，尽管技术上数组是“传值”了一个指针。
- 需要传递数组大小：因为数组退化成了指针，函数内部无法直接知道数组的原始大小。因此，通常需要额外传递一个参数来表示数组的元素数量。
C++
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
// 函数：打印数组元素
// arr[] 表示接收一个整数数组（实际是一个指向int的指针）
// size 表示数组的元素数量
void printArray(int arr[], int size) {
cout << "Array elements: ";
for (int i = 0; i < size; i++) {
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
}
// 函数：修改数组元素
// 注意：对 arr 的修改会直接影响到 main 函数中传递进来的原始数组
void modifyArray(int arr[], int size) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
arr[i] *= 2; // 将每个元素乘以2
}
}
// 函数：查找数组中的最大值
// 返回数组中的最大整数
int findMax(int arr[], int size) {
int maxVal = arr[0]; // 假设第一个元素是最大值
for (int i = 1; i < size; i++) { // 从第二个元素开始比较
if (arr[i] > maxVal) {
maxVal = arr[i]; // 更新最大值
}
}
return maxVal;
}
int main() {
// 声明并初始化一个整数数组
int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
// 计算数组的元素数量：数组总字节大小 / 单个元素字节大小
int size = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);
cout << "Original array:" << endl;
printArray(numbers, size); // 打印原始数组
cout << "Maximum value: " << findMax(numbers, size) << endl; // 查找并打印最大值
modifyArray(numbers, size); // 调用函数修改数组
cout << "Modified array:" << endl;
printArray(numbers, size); // 再次打印数组，观察修改后的结果
return 0;
}运行结果示例:
Plain Text
Original array:
Array elements: 1 2 3 4 5
Maximum value: 5
Modified array:
Array elements: 2 4 6 8 10关键点回顾：
- 当数组作为函数参数传递时，它会退化为指向其第一个元素的指针。
- 这意味着函数内部对数组的修改会直接影响到原始数组。
- 为了在函数内部知道数组的大小，你通常需要额外传递一个表示数组大小的参数。