掌握数组：一维数组、二维数组、变长数组及简单的二分查找

前言：前两篇文章已经介绍了分支循环相关的一些知识点，本文将继续为大家分享数组相关的知识点，对分支循环有兴趣的友友们可以去看笔者的上一篇博客！

这里放一个传送门：

掌握分支循环（二）：三种循环、break和continue语句、循环的嵌套以及 goto 语句

友友们如果有兴趣的话，可以关注一下笔者的专栏，传送法阵：《C语言》

希望能对友友们有所帮助！让我们一起进步！

数组的概念

在介绍一维数组和二维数组前，我们先来了解一下什么是数组——

概念：数组是一组相同类型元素的集合。

从概念中我们可以发现两个有价值的信息：

1、 数组中存放的是1个或者多个数据，但是数组元素个数不能为0。

2、数组中存放的多个数据，类型是相同的。 数组分为一维数组和多维数组，多维数组一般比较多见的是二维数组。

一、一维数组

（一）一维数组的创建和初始化

1、数组创建

一维数组创建的基本语法如下：

type arr_name[常量值];

存放在数组的值被称为数组的元素，数组在创建的时候可以指定数组的大小和数组的元素类型。

（1）type 指定的是数组中存放数据的类型，可以是： char、short、int、float 等，也可以是自 定义的类型。

（2）arr_name 指的是数组名的名字，这个名字根据实际情况，起的有意义就行。

（3) [ ] 中的常量值是用来指定数组的大小的，这个数组的大小是根据实际的需求指定就行。

譬如说 ，我们现在要存放某个班上20名同学的数学成绩，那我们就可以创建一个数组，如下：

int math[20];

当然，我们也可以根据实际需要创建其他类型和大小的数组：

char ch[8];

double score[10];

2、数组的初始化

数组在创建的时候，我们需要给定一些初始值，这种就称为初始化。 那数组如何初始化呢——数组的初始化⼀般使用大括号，将数据放在大括号中。

初始化分为不完全初始化和完全初始化，展示如下：

//完全初始化 
int arr[5] = {1,2,3,4,5};

//不完全初始化 
int arr2[6] = {1};//第⼀个元素初始化为1，剩余的元素默认初始化为0 

//错误的初始化 - 初始化项太多 
int arr3[3] = {1, 2, 3, 4};

3、数组的类型

数组当然也是有类型的，数组算是一种自定义类型，去掉数组名留下的就是数组的类型。

我们通过例子来加深一下理解：

int arr1[10];

int arr2[12];

char ch[5];

如图，有这样三个数组：arr1、arr2、ch，它们的类型分别是：

arr1数组的类型是 int [10] ； arr2数组的类型是 int [12] ； ch 数组的类型是 char [5] 。

（二）一维数组的使用

前面我们学习了一维数组的基本语法，一维数组可以存放数据，存放数据的目的是对数据的操作。那么，我们该如何使用一维数组呢？

1、下标

C语言规定数组是有下标的，下标是从0开始的，假设数组有n个元素，最后一个元素的下标是

n-1，下标就相当于数组元素的编号，如下所示：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

元素和下标的对应关系参考下图：

C语言中数组的访问提供了一个操作符 [ ] ，这个操作符叫作下标引用操作符。

借助下标引用操作符，我们就可以轻松访问到数组中的元素了！打个比方，我们想访问下标为3的元素，我们就可以使用 arr[3] ，想要访问下标是4的元素，就可以使用 arr[4]，代码实现：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	printf("%d\n", arr[3]);//4

	printf("%d\n", arr[4]);//5
		return 0;
}

最终效果如下——

2、数组元素的打印

如果我们想要访问整个数组的内容，该怎么办呢？理论上，只要我们产生数组所有元素的下标就可以了，理论成立，开始实践——怎么做呢？我们使用for循环产生0~9的下标，接下来使用下标访 问就OK了。具体代码如下：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

结果如下：

3、数组的输入

了解了数组的访问，我们就可以根据需求，自己给数组输入想要的数据：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>

int main()
{
		int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		scanf("%d", &arr[i]);
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

（三）一维数组在内存中的存储

学习了之前的内容，我们使用数组已经基本没什么障碍了，但如果想像鸟上青天、鱼入大海一般不受框束，就得深入了解数组，最好能了解一下数组在内存中的存储。

这里我们依次打印地址：

#include <stdio.h>

int main()
{
 int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; 
 int i = 0;
 for(i=0; i<10; i++)
 {
 printf("&arr[%d] = %p\n ", i, &arr[i]);
 }
 return 0;
}

输出结果：

从输出的结果我们分析：数组随着下标的增长，地址是由小到大变化的，并且我们发现每两个相邻的元素之间相差4（因为一个整型【int】是4个字节）。因此我们得出结论：数组在内存中是连续存放的。这为后期我们介绍使用指针访问数组奠定了基础。

数组元素在内存中是连续存放的

二、二维数组

概念：前面介绍的数组被称为一维数组，数组的元素都是内置类型的，如果我们把一维数组做为数组的元素，这时候就是二维数组，二维数组作为数组元素的数组被称为三维数组，二维数组及以上的数组统称为多维数组。

整型、整型一维数组、整型二维数组

（一）二维数组的创建

如何定义二维数组？语法如下：

type arr_name[常量值1][常量值2]；

例如：
int arr[3][5];
double data[2][8];

我们在这里解释一下上述代码中出现的信息 ：

1、3表示数组有3行；

2、5表示每一行有5个元素；

3、int 表示数组的每个元素是整型类型；

4、arr 是数组名，可以根据自己的需要指定名字； data数组意思基本一致。

（二）二维数组的初始化

在一维数组那儿我们已经介绍过了：在创建变量或者数组的时候，给定一些初始值，被称为初始化。二维数组和一维数组一样，也是使用大括号初始化的。

前情提示：我们在这里将分为四个部分来介绍初始化。

在一维数组那儿我们介绍了初始化分为不完全初始化和完全初始化，这里我们通过图片和代码理解一下二维数组初始化的内容：

1、不完全初始化

int arr1[3][5] = {1,2};
int arr2[3][5] = {0};

2、完全初始化

int arr3[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};

3、按照行初始化

int arr4[3][5] = {{1,2},{3,4},{5,6}};

4、初始化时省略行，但是不能省略列

int arr5[][5] = {1,2,3};
int arr6[][5] = {1,2,3,4,5,6,7};
int arr7[][5] = {{1,2}, {3,4}, {5,6}};

（三）二维数组的使用

1、下标

二维数组访问也是使用下标的形式的，二维数组是有行和列的，只要锁定了行和列就能唯一锁定 数组中的一个元素。C语言规定，二维数组的行是从0开始的，列也是从0开始的，如下所示：

int arr[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};

最右侧绿色的数字表示行号，第一行蓝色的数字表示列号，都是从0开始的， 若我们说：第2 行，第4列，快速就能定位出7。

#include <stdio.h>

int main()
{
	int arr[3][5] = { 1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7 };
	printf("%d\n", arr[2][4]);
		return 0;
}

输出结果：

2、二维数组的输入和输出

怎么访问二维数组的单个元素友友们已经了解了，那如何访问整个二维数组呢？ 其实我们只要能够按照一定的规律产生所有的行和列的数字就行；以上一段代码中的arr数组为例，行的选择范围是0~2，列的取值范围是0~4，所以我们可以借助循环实现生成所有的下标。

代码实现：

#include <stdio.h>

int main()
{
 int arr[3][5] = {1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7};
 int i = 0;//遍历⾏ 
 //输⼊ 
 for(i=0; i<3; i++) //产⽣⾏号 
 {
 int j = 0;
 for(j=0; j<5; j++) //产⽣列号 
 {
 scanf("%d", &arr[i][j]); //输⼊数据 
 }
 }
 //输出 
 for(i=0; i<3; i++) //产⽣⾏号 
 {
 int j = 0;
 for(j=0; j<5; j++) //产⽣列号 
 {
 printf("%d ", arr[i][j]); //输出数据 
 }
 printf("\n");
 }
 return 0;
}

结果输出：

（四）二维数组在内存中的存储

像一维数组一样，我们若想研究二维数组在内存中的存储方式，我们也是可以打印出数组所有元素的地址的。代码如下：

#include <stdio.h>

int main()
{
 int arr[3][5] = { 0 };
 int i = 0;
 int j = 0;
 for (i = 0; i < 3; i++)
 {
 for (j = 0; j < 5; j++)
 {
   printf("&arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);
 }
 }
 return 0;
}

输出结果如下：

从输出的结果来看，每一行内部的每个元素都是相邻的，地址之间相差4个字节，跨行位置处的两个元素（如：arr[0] [4]和arr[1] [0]）之间也是差4个字节，因此二维数组中的每个元素都是连续存放的。

如下图所示：

学习二维数组在内存中的布局，有利于我们之后使用指针来访问数组的学习！

三、变长数组

C99中的变长数组

在C99标准之前，C语言在创建数组的时候，数组大小的指定只能使用常量、常量表达式，或者如果我们初始化数据的话，可以省略数组大小。

比如说：

int arr1[10];

int arr2[3+5];

int arr3[] = {1,2,3};

这样的语法限制，让我们创建数组就不够灵活，有时候数组大了浪费空间，有时候数组又小了不够用的。 这样能爽吗？不爽！如此受限制，跟这群虫豸语法在一起，怎么能搞好数组呢？

我们怎么办？嘿嘿，我给主公们请来了一位军师——变长数组！

C99中给一个变长数组（variable-length array，简称VLA）的新特性，允许我们可以使用变量指定数组大小。

请看VCR：

int n = a+b;

int arr[n];

这里的数组 arr 就是变长数组，因为其长度取决于变量 n 的值，编译器没法事先确定，只 有运行时才能知道 n 是多少。

变长数组的根本特征，就是数组长度只有运行时才能确定，因此变长数组不能初始化。

好处：程序员不必在开发时，随意为数组指定⼀个估计的长度，程序可以在运行时为数组分配精确的长度！

注意：变长数组的意思是数组的大小是可以使用变量来指定的，在程序运行的时候，根据变量的大小来指定数组的元素个数，而不是说数组的大小是可变的。数组的大小一旦确定就不能再变化了。

四、二分查找

在一个升序的数组中查找指定的数字n，很容易想到的方法就是遍历数组，但是这种方法效率比较低。比如我买了一双鞋，你好奇问我多少钱，我说不超过300元。你还是好奇，你想知道到底多少，我就让你猜，你会怎么猜？你会1，2，3，4...这样猜吗？显然很慢；一般你都会猜中间数字，比如：150，然后看大了还是小了。这就是二分查找，也叫折半查找。

我们玩猜数字游戏的时候就可以用这种办法，不断缩小范围，增大猜中的概率，而且猜数字游戏一般会设置次数，可以当做游戏中的HP，次数——MP够支撑的火球魔法次数——是有限的，那么用二分法就能大大增加我们的存活几率。

求中间元素的下标，使用mid = (left+right)/2 ，如果left和right比较大的时候可能存在问题，可以使用下面的方式：

mid = left+(right-left)/2

代码示例：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
​
#include <stdio.h>

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int left = 0;
	int right = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) - 1;
	int key = 7;//要找的数字 
	int mid = 0;//记录中间元素的下标 
	int find = 0;
	while (left <= right)
	{
		mid = (left + right) / 2;
		if (arr[mid] > key)
		{
			right = mid - 1;
		}
		else if (arr[mid] < key)
		{
			left = mid + 1;
		}
		else

		{
			find = 1;
			break;
		}
	}
	if (1 == find)
		printf("找到了,下标是%d\n", mid);
	else
		printf("找不到\n");
}