前端学习C语言 - 数组和字节序

数组

本篇主要介绍：一维二维数组、字符数组、数组名和初始化注意点以及字节序。
一维数组

初始化

有以下几种方式对数组初始化：

1. // 定义一个有5个元素的数组，未初始化
2. int a[5];
4. // 定义一个有5个元素的数组，将第一个初始化0，后面几个元素默认初始化为0
5. int a[5] = {0};
7. // 定义一个有5个元素的数组，5个元素都初始化为：2,3,4,5,6
8. int a[5] = {2, 3, 4, 5, 6};
10. // 【推荐】
11. // 和上一种在功能上是相同的。编译器会根据初始化列表中的元素个数（5个）自动确定数组a的大小为5
12. int a[] = {2,3,4,5,6};

复制代码

Tip：以上写法创建的数组都是不可变大小的。
练习1

题目：int a[5] = {1}，请问 a 的每个值是多少？

1. #include <stdio.h>
2. int main() {
3.     // 将第一个初始化1，后面几个元素默认初始化为0
4.     int a[5] = {1};
5.     int i;
6.     for (i = 0; i < 5; i++) {
7.         printf("%d ", a[i]);
8.     }
9.     return 0;
10. }

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输出：1 0 0 0 0。
在C和C++中，当我们创建数组时，如果没有为数组的所有元素提供初始值，那么剩下未被初始化指定初始值的元素会被默认初始化。对于基本数据类型（如int、float、double等），默认情况下，未初始化的元素将被设置为0
练习2

题目：如果不对 a[5] 进行初始化，将输出什么？

1. #include <stdio.h>
2. int main() {
3. -  int a[5] = {1};
4. +  int a[5];
5.     int i;
6.     for (i = 0; i < 5; i++) {
7.         printf("%d\n", a[i]);
8.     }
9.     return 0;
10. }

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输出随机数：

1. 开始运行...
3. 4198784
4. 0
5. 4198464
6. 0
7. -2014700240
9. 运行结束。

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练习3

题目：如果将int a[5]; 提到全局作用于中，输出什么？

1. #include <stdio.h>
2. int a[5];
3. int main() {
4.     int i;
5.     for(i =  0; i <  5; i++){
6.          printf("%d ", a[i]);
7.      }
8.     return  0;
9. }

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输出: 0 0 0 0 0
练习4

题目：这段代码有什么错误？

1. #include <stdio.h>
3. int main() {
4.     int i = 10;
5.     int a[i] = {0};
7.     return 0;
8. }

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运行：

1. 开始运行...
3. # 不允许初始化可变大小的对象。即 i 是可变的。
4. /workspace/CProject-test/main.c:5:11: error: variable-sized object may not be initialized
5.     int a[i] = {0};
6.           ^
7. 1 error generated.
9. 运行结束。

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结论：数组长度不能是变量。
如果换成 #define 常量 还有问题吗？

1. #include <stdio.h>
2. #define i 10
3. int main() {
4.     // int i = 10;
5.     int a[i] = {0};
6.     return 0;
7. }

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如果换成 #define 常量就正常，前面我们知道 #define 是文本替换。
数组名

题目：定义一个数组a，请问 a、&a[0]、&a的含义是什么？

1. #include <stdio.h>
3. int  main() {
4.     int a[5] ={1};
6.     printf("%p\n", a);
7.     printf("%p\n", &a[0]);
8.     printf("%p\n", &a);
9.   
10.     printf("-----\n");
12.     printf("%p\n", a +  1);
13.     printf("%p\n", &a[0] +  1);
14.     printf("%p\n", &a +  1);
15.     return  0;
16. }

复制代码

运行：

1. 开始运行...
3. 0x7ffdfb131f00
4. 0x7ffdfb131f00
5. 0x7ffdfb131f00
6. -----
7. 0x7ffdfb131f04
8. 0x7ffdfb131f04
9. 0x7ffdfb131f14
11. 运行结束。

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Tip: printf 中的 %p 打印的就是内存地址。内存地址通常以十六进制形式表示。
上半部分都是输出的都是 0x7ffdfb131f00。
但下半部分加1后，结果明显不同。其中：

• 0x7ffdfb131f04 - 0x7ffdfb131f00 = 0x4，转为十进制是4，一个 int 就是4个字节
  
• 0x7ffdfb131f14 - 0x7ffdfb131f00 = 0x14，转为十进制数是20，刚好是数组 a 的字节数（5*4）
  

结论：

• a - 数组名。表示首元素的地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
  
• &a[0] - 表示首元素地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
  
• &a - 表示整个数组。加1相当于跨越了整个数组
  

冒泡排序

之前我们写过冒泡排序的例子，我们将该示例用 C 语言重写如下(函数部分后文会讲)：

1. #include <stdio.h>
2.   
3. void bubbleSort(int arr[], int n) {
4.     // 比较轮数，每轮都会将一个值冒泡到正确的位置
5.     for (int i = 0; i < n; i++) {             // 第i轮冒泡
6.         for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) { // 第i轮冒泡需要比较n-i-1次
7.             // 出界则为 false，不会交换
8.             if (arr[j] > arr[j + 1]) {
9.                 int temp = arr[j];
10.                 arr[j] = arr[j + 1];
11.                 arr[j + 1] = temp;
12.             }
13.         }
14.     }
15. }
16.   
17. int main() {
18.     int arr[] = {4, 3, 2, 1};
19.     // 计算数组长度。sizeof(arr) - 返回数据类型或变量所占内存大小（字节）；arr[0] - 一个元素的字节数。
20.     int length = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
21.     bubbleSort(arr, length);
22.     // 输出
23.     for (int i = 0; i < length; i++) {
24.         printf("%d ", arr[i]);
25.     }
26.     return 0;
27. }
28. // Output: 1 2 3 4

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字节序

字节序（Byte Order）是指在存储和表示多字节数据时，字节的顺序排列方式。
思考这样一个问题

int a[5] 有5个元素，每个元素4个字节，在内存中是一块连续的空间。表示如下：
索引a[0]a[1]a[2]a[3]a[4]地址0x1000x1040x1080x10C0x110我们可以将a[0]称作低地址，a[4]称作高地址。a数组中每个元素的四个字节，最左侧字节称作低地址，最右侧字节称作高地址。就像这样：
低地址  高地址________________________________数组 a 中每个元素中是一个整数，比如 a[0] = 1，在内存中是4个字节，共32位，其二进制表示为：00000000 00000000 00000000 00000001。最左侧是高字节，最右侧是低字节，就像这样:
高字节  低字节00000000000000000000000000000001请问 1 的高字节(00000000)放在低地址还是高地址？
大端序和小端序

不同的计算机架构和处理器采用不同的字节序（Byte Order）。常见的字节序有两种：

• 大端序（Big Endian），低字节对应高地址，高字节对应低地址。1 对应 00000000  00000000  00000000  00000001
  
• 小端序（Little Endian），低字节对应低地址，高字节对应高地址。1 对应 00000001  00000000  00000000  00000000
  

低地址  高地址大端序00000000000000000000000000000001小端序00000001000000000000000000000000Tip: 不同字节序的选择涉及到如何组织和解释二进制数据。字节序的重要性体现在跨平台数据交互和网络通信上。如果两个设备使用不同的字节序，就需要进行适当的数据转换才能正确解读和处理数据
二维数组

可以理解成一维数组中每个元素又是一个一维数组。例如 a[3][4] 就像这样：
01230 行1 行2 行a[0]、a[1]、a[2]，每一行就是一个一维数组。
初始化

有多种方式进行二维数组的初始化，效果也不尽相同。请看示例：

• int a[3][4]; 未初始化，数组 a 中都是随机值。请看示例：
  

1. #include <stdio.h>
2.   
3. int main() {
4.     int a[3][4];
5.   
6.     for (int i = 0; i < 3; i++) {
7.         for (int j = 0; j < 4; j++) {
8.             printf("%d ", a[i][j]);
9.         }
10.         printf("\n");
11.     }
12.   
13.     return 0;
14. }

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输出：

1. 开始运行...
3. -1833069321 32764 4198917 0
4. 0 0 0 0
5. 4198848 0 4198464 0
7. 运行结束。

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• 部分初始化。示例如下：
  

1. // 输出：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2. int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
3.   
4. // 输出：1 0 0 0 5 6 0 0 0 0 0 0
5. int a[3][4] = {{1}, {5, 6}};

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• 全部初始化。示例如下：
  

1. // 输出：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2. int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
4. // 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5. // 此种写法不能保证所有编译器
6. int a[3][4] = {}

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• 行数可以省略。以下两行代码等效：
  

1. int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
2.   
3. // 省略行。类似一维数组中省略元素个数。
4. int a[][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};

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数组名

题目：定义一个二维数组a，请问 &a[0][0]、a、&a[0]、&a的含义是什么？

1. #include <stdio.h>
2.   
3. int main() {
4.     int a[3][4];
5.   
6.     printf("%p\n", &a[0][0]);
7.     printf("%p\n", a);
8.     printf("%p\n", a[0]);
9.     printf("%p\n", &a);
10.   
11.     printf("-----\n");
12.   
13.     printf("%p\n", &a[0][0] + 1);
14.     printf("%p\n", a + 1);
15.     printf("%p\n", a[0] + 1);
16.     printf("%p\n", &a + 1);
17.   
18.     return 0;
19. }

复制代码

输出：

1. 开始运行...
3. 0x7fffadc7d310
4. 0x7fffadc7d310
5. 0x7fffadc7d310
6. 0x7fffadc7d310
7. -----
8. 0x7fffadc7d314
9. 0x7fffadc7d320
10. 0x7fffadc7d314
11. 0x7fffadc7d340
13. 运行结束。

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上半部分都是输出的都是 0x7fffadc7d310。
下半部分每个加1，差异就显现出来。

1. 0x7fffadc7d314 - 0x7fffadc7d310 = 0x4，转为十进制是4个字节
2. &a[0][0] + 1
4. 0x7fffadc7d320 - 0x7fffadc7d310 = 0x10，转为十进制是16个字节，每个元素是4个字节，也就是4(16/4)个元素，表示一行
5. a + 1
7. 0x7fffadc7d314 - 0x7fffadc7d310 = 0x4，转为十进制是4个字节
8. a[0] + 1
10. 0x7fffadc7d340 - 0x7fffadc7d310 = 0x30，转为十进制是48个字节，每个元素是4个字节，也就是 12(48/4)个元素，表示整个数组
11. &a + 1

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结论：

• &a[0][0] - 首行首元素地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
  
• a - 地址名，表示首行地址，加 1 就是加一行
  
• a[0] - 首行首元素地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
  
• &a - 表示整个数组。加1相当于跨越了一个数组
  

练习

题目：数组 a[3][4]，哪个不能表示a[1][1]的地址?

1. A、a[1] + 1
2. B、&a[1][1]
3. C、(*(a + 1)) + 1
4. D、a + 5

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答案：D。
分析：根据上文学习，我们知道 A和B能表示，其中D是加5行，肯定错。C由于没学指针，暂时不管。
字符数组

在 C 语言中，字符串可以用字符数组来表示，即用一个数组来保存一串字符，每个字符用一个字节来存储，末尾有一个特殊的空字符 '\0' 来表示字符串的结束。

1. #include <stdio.h>
2.   
3. int main() {
4.     char str[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
5.     printf("%s", str);
6.   
7.     return 0;
8. }

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在字符数组的初始化末尾一定要添加空字符 '\0'（笔者使用的在线编辑器没报错），否则在使用字符串函数处理字符串时，可能会出现意外的错误。也可以将上面的代码简化为以下形式：

1. char str[] = "hello";

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这样就可以不用手动添加空字符了，编译器会自动为字符串添加结尾的空字符。
练习

题目：在输入的字符串中，在指定位置插入指定字符
实现：

1. #include <stdio.h>
2. // string.h 是 C 语言中的头文件，用于提供一些字符串处理操作的函数和宏定义
3. #include <string.h>
4.   
5. void insertChar(char str[], int pos, char ch) {
6.     // 获取字符串的长度
7.     int len = strlen(str);
8.   
9.     // 检查插入位置是否有效
10.     if (pos < 0 || pos > len)
11.         return;
12.   
13.     // 将指定位置后的字符往后移动一位
14.     for (int i = len; i >= pos; i--) {
15.         str[i + 1] = str[i];
16.     }
17.   
18.     // 在指定位置插入字符
19.     str[pos] = ch;
20. }
21.   
22. int main() {
23.     char str[100];
24.     int pos;
25.     char ch;
26.   
27.     printf("请输入字符串。例如 hello world：\n");
28.     scanf("%[^\n]", str);
29.     printf("请输入要插入的位置：");
30.     scanf("%d", &pos);
31.     printf("请输入要插入的字符：");
32.     scanf(" %c", &ch);
33.   
34.     insertChar(str, pos, ch);
35.   
36.     printf("\n修改后的字符串：%s\n", str);
37.   
38.     return 0;
39. }

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运行：

1. 开始运行...
3. 请输入字符串。例如 hello world：
4. a-b-c d e-f-g
5. 请输入要插入的位置：4
6. 请输入要插入的字符：x
8. 修改后的字符串：a-b-xc d e-f-g
10. 运行结束。

复制代码

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