什么是数组？C语言数组的基本概念

在《C语言数据输出大汇总以及轻量进阶》一节中我们举了一个例子，是输出一个 4×4 的整数矩阵，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int a1=20, a2=345, a3=700, a4=22;
    int b1=56720, b2=9999, b3=20098, b4=2;
    int c1=233, c2=205, c3=1, c4=6666;
    int d1=34, d2=0, d3=23, d4=23006783;

    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", a1, a2, a3, a4);
    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", b1, b2, b3, b4);
    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", c1, c2, c3, c4);
    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", d1, d2, d3, d4);

    system("pause");
    return 0;
}

运行结果：

20        345       700       22
56720     9999      20098     2
233       205       1         6666
34        0         23        23006783

矩阵共有 16 个整数，我们为每个整数定义了一个变量，也就是 16 个变量。那么，为了减少变量的数量，让开发更有效率，能不能为多个数据定义一个变量呢？比如，把每一行的整数放在一个变量里面，或者把 16 个整数全部都放在一个变量里面。答案当然是肯定的，办法就是使用数组（Array）。

数组的概念和定义

我们知道，要想把数据放入内存，必须先要分配内存空间。放入4个整数，就得分配4个int类型的内存空间：

int a[4];

这样，就在内存中分配了4个int类型的内存空间，共 4×4=16 个字节，并为它们起了一个名字，叫a。

我们把这样的一组数据的集合称为数组（Array），它所包含的每一个数据叫做数组元素（Element），所包含的数据的个数称为数组长度（Length），例如int a[4];就定义了一个长度为4的整型数组，名字是a。

数组中的每个元素都有一个序号，这个序号从0开始，而不是从我们熟悉的1开始，称为下标（Index）。使用数组元素时，指明下标即可，形式为：

arrayName[index]

arrayName 为数组名称，index 为下标。例如，a[0] 表示第0个元素，a[3] 表示第3个元素。

接下来我们就把第一行的4个整数放入数组：

a[0]=20;
a[1]=345;
a[2]=700;
a[3]=22;

这里的0、1、2、3就是数组下标，a[0]、a[1]、a[2]、a[3] 就是数组元素。

在学习过程中，我们经常会使用循环结构将数据放入数组中（也就是为数组元素逐个赋值），然后再使用循环结构输出（也就是依次读取数组元素的值），下面我们就来演示一下如何将 1~10 这十个数字放入数组中：

#include <stdio.h>
int main(){
    int nums[10];
    int i;
   
    //将1~10放入数组中
    for(i=0; i<10; i++){
        nums[i] = (i+1);
    }
   
    //依次输出数组元素
    for(i=0; i<10; i++){
        printf("%d ", nums[i]);
    }
   
    return 0;
}

运行结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

变量 i 既是数组下标，也是循环条件；将数组下标作为循环条件，达到最后一个元素时就结束循环。数组 nums 的最大下标是 9，也就是不能超过 10，所以我们规定循环的条件是 i<10，一旦 i 达到 10 就得结束循环。

更改上面的代码，让用户输入 10 个数字并放入数组中：

#include <stdio.h>
int main(){
    int nums[10];
    int i;
   
    //从控制台读取用户输入
    for(i=0; i<10; i++){
        scanf("%d", &nums[i]);  //注意取地址符 &，不要遗忘哦
    }
   
    //依次输出数组元素
    for(i=0; i<10; i++){
        printf("%d ", nums[i]);
    }
   
    return 0;
}

运行结果：

22 18 928 5 4 82 30 10 666 888↙
22 18 928 5 4 82 30 10 666 888 

第 8 行代码中，scanf() 读取数据时需要一个地址（地址用来指明数据的存储位置），而 nums[i] 表示一个具体的数组元素，所以我们要在前边加 & 来获取地址。

最后我们来总结一下数组的定义方式：

dataType  arrayName[length];

dataType 为数据类型，arrayName 为数组名称，length 为数组长度。例如：

float m[12];  //定义一个长度为 12 的浮点型数组
char ch[9];  //定义一个长度为 9 的字符型数组

需要注意的是：
1) 数组中每个元素的数据类型必须相同，对于int a[4];，每个元素都必须为 int。

2) 数组长度 length 最好是整数或者常量表达式，例如 10、20*4 等，这样在所有编译器下都能运行通过；如果 length 中包含了变量，例如 n、4*m 等，在某些编译器下就会报错，我们将在《C语言变长数组：使用变量指明数组的长度》一节专门讨论这点。

3) 访问数组元素时，下标的取值范围为 0 ≤ index < length，过大或过小都会越界，导致数组溢出，发生不可预测的情况，我们将在《C语言数组的越界和溢出》一节重点讨论，请大家务必要引起注意。

数组内存是连续的

数组是一个整体，它的内存是连续的；也就是说，数组元素之间是相互挨着的，彼此之间没有一点点缝隙。下图演示了int a[4];在内存中的存储情形：

「数组内存是连续的」这一点很重要，所以我使用了一个大标题来强调。连续的内存为指针操作（通过指针来访问数组元素）和内存处理（整块内存的复制、写入等）提供了便利，这使得数组可以作为缓存（临时存储数据的一块内存）使用。大家暂时可能不理解这句话是什么意思，等后边学了指针和内存自然就明白了。

数组的初始化

上面的代码是先定义数组再给数组赋值，我们也可以在定义数组的同时赋值，例如：

int a[4] = {20, 345, 700, 22};

数组元素的值由{ }包围，各个值之间以,分隔。

对于数组的初始化需要注意以下几点：
1) 可以只给部分元素赋值。当{ }中值的个数少于元素个数时，只给前面部分元素赋值。例如：

int a[10]={12, 19, 22 , 993, 344};

表示只给 a[0]~a[4] 5个元素赋值，而后面 5 个元素自动初始化为 0。

当赋值的元素少于数组总体元素的时候，剩余的元素自动初始化为 0：

• 对于short、int、long，就是整数 0；
• 对于char，就是字符 '\0'；
• 对于float、double，就是小数 0.0。

我们可以通过下面的形式将数组的所有元素初始化为 0：

int nums[10] = {0};
char str[10] = {0};
float scores[10] = {0.0};

由于剩余的元素会自动初始化为 0，所以只需要给第 0 个元素赋值为 0 即可。

2) 只能给元素逐个赋值，不能给数组整体赋值。例如给 10 个元素全部赋值为 1，只能写作：

int a[10] = {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1};

而不能写作：

int a[10] = 1;

3) 如给全部元素赋值，那么在定义数组时可以不给出数组长度。例如：

int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};

等价于

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

最后，我们借助数组来输出一个 4×4 的矩阵：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a[4] = {20, 345, 700, 22};
    int b[4] = {56720, 9999, 20098, 2};
    int c[4] = {233, 205, 1, 6666};
    int d[4] = {34, 0, 23, 23006783};

    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", a[0], a[1], a[2], a[3]);
    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", b[0], b[1], b[2], b[3]);
    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", c[0], c[1], c[2], c[3]);
    printf("%-9d %-9d %-9d %-9d\n", d[0], d[1], d[2], d[3]);

    return 0;
}