前端學習C語言 - 數組和位元組序

来源:https://www.cnblogs.com/pengjiali/archive/2023/06/16/17485725.html
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## 數組 本篇主要介紹：`一維二維數組`、`字元數組`、`數組名和初始化註意點`以及`位元組序`。 ### 一維數組 #### 初始化 有以下幾種方式對數組初始化： ```c // 定義一個有5個元素的數組，未初始化 int a[5]; // 定義一個有5個元素的數組，將第一個初始化0，後面幾個元素 ...


數組

本篇主要介紹：一維二維數組、字元數組、數組名和初始化註意點以及位元組序。

一維數組

初始化

有以下幾種方式對數組初始化：

// 定義一個有5個元素的數組，未初始化
int a[5];

// 定義一個有5個元素的數組，將第一個初始化0，後面幾個元素預設初始化為0
int a[5] = {0};

// 定義一個有5個元素的數組，5個元素都初始化為：2,3,4,5,6
int a[5] = {2, 3, 4, 5, 6};

// 【推薦】
// 和上一種在功能上是相同的。編譯器會根據初始化列表中的元素個數（5個）自動確定數組a的大小為5
int a[] = {2,3,4,5,6};

Tip：以上寫法創建的數組都是不可變大小的。

練習1

題目：int a[5] = {1}，請問 a 的每個值是多少？

#include <stdio.h>
int main() {
    // 將第一個初始化1，後面幾個元素預設初始化為0
    int a[5] = {1};
    int i;
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", a[i]);
    }
    return 0;
}

輸出：1 0 0 0 0。

在C和C++中，當我們創建數組時，如果沒有為數組的所有元素提供初始值，那麼剩下未被初始化指定初始值的元素會被預設初始化。對於基本數據類型（如int、float、double等），預設情況下，未初始化的元素將被設置為0

練習2

題目：如果不對 a[5] 進行初始化，將輸出什麼？

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

輸出隨機數：

開始運行...

4198784
0
4198464
0
-2014700240

運行結束。
練習3

題目：如果將int a[5]; 提到全局作用於中，輸出什麼？

#include <stdio.h>
int a[5];
int main() {
    int i;
    for(i =  0; i <  5; i++){
         printf("%d ", a[i]);
     }
    return  0;
}

輸出: 0 0 0 0 0

練習4

題目：這段代碼有什麼錯誤？

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 10;
    int a[i] = {0};

    return 0;
}

運行：

開始運行...

# 不允許初始化可變大小的對象。即 i 是可變的。
/workspace/CProject-test/main.c:5:11: error: variable-sized object may not be initialized
    int a[i] = {0};
          ^
1 error generated.

運行結束。

結論：數組長度不能是變數。

如果換成 #define 常量 還有問題嗎？

#include <stdio.h>
#define i 10
int main() {
    // int i = 10;
    int a[i] = {0};
    return 0;
}

如果換成 #define 常量就正常，前面我們知道 #define 是文本替換。

數組名

題目：定義一個數組a，請問 a、&a[0]、&a的含義是什麼？

#include <stdio.h>

int  main() {
    int a[5] ={1};

    printf("%p\n", a); 
    printf("%p\n", &a[0]);
    printf("%p\n", &a);
  
    printf("-----\n");

    printf("%p\n", a +  1);
    printf("%p\n", &a[0] +  1);
    printf("%p\n", &a +  1);
    return  0;
}

運行：

開始運行...

0x7ffdfb131f00
0x7ffdfb131f00
0x7ffdfb131f00
-----
0x7ffdfb131f04
0x7ffdfb131f04
0x7ffdfb131f14

運行結束。

Tip: printf 中的 %p 列印的就是記憶體地址。記憶體地址通常以十六進位形式表示。

上半部分都是輸出的都是 0x7ffdfb131f00。

但下半部分加1後，結果明顯不同。其中：

  • 0x7ffdfb131f04 - 0x7ffdfb131f00 = 0x4，轉為十進位是4，一個 int 就是4個位元組
  • 0x7ffdfb131f14 - 0x7ffdfb131f00 = 0x14，轉為十進位數是20，剛好是數組 a 的位元組數（5*4）

結論：

  • a - 數組名。表示首元素的地址，加 1 是加一個元素（比如這裡4個位元組）
  • &a[0] - 表示首元素地址，加 1 是加一個元素（比如這裡4個位元組）
  • &a - 表示整個數組。加1相當於跨越了整個數組

冒泡排序

之前我們寫過冒泡排序的例子，我們將該示例用 C 語言重寫如下(函數部分後文會講)：

#include <stdio.h>
  
void bubbleSort(int arr[], int n) {
    // 比較輪數，每輪都會將一個值冒泡到正確的位置
    for (int i = 0; i < n; i++) {             // 第i輪冒泡
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) { // 第i輪冒泡需要比較n-i-1次
            // 出界則為 false，不會交換
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}
  
int main() {
    int arr[] = {4, 3, 2, 1};
    // 計算數組長度。sizeof(arr) - 返回數據類型或變數所占記憶體大小（位元組）；arr[0] - 一個元素的位元組數。
    int length = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    bubbleSort(arr, length);
    // 輸出
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}
// Output: 1 2 3 4

位元組序

位元組序（Byte Order）是指在存儲和表示多位元組數據時，位元組的順序排列方式。

思考這樣一個問題

int a[5] 有5個元素，每個元素4個位元組，在記憶體中是一塊連續的空間。表示如下：

索引 a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]
地址 0x100 0x104 0x108 0x10C 0x110

我們可以將a[0]稱作低地址，a[4]稱作高地址。a數組中每個元素的四個位元組，最左側位元組稱作低地址，最右側位元組稱作高地址。就像這樣：

低地址     高地址
________ ________ ________ ________

數組 a 中每個元素中是一個整數，比如 a[0] = 1，在記憶體中是4個位元組，共32位，其二進位表示為：00000000 00000000 00000000 00000001。最左側是高位元組，最右側是低位元組，就像這樣:

高位元組     低位元組
00000000 00000000 00000000 00000001

請問 1 的高位元組(00000000)放在低地址還是高地址？

大端序和小端序

不同的電腦架構和處理器採用不同的位元組序（Byte Order）。常見的位元組序有兩種：

  • 大端序（Big Endian），低位元組對應高地址，高位元組對應低地址。1 對應 00000000  00000000  00000000  00000001
  • 小端序（Little Endian），低位元組對應低地址，高位元組對應高地址。1 對應 00000001  00000000  00000000  00000000
低地址     高地址
大端序 00000000 00000000 00000000 00000001
小端序 00000001 00000000 00000000 00000000

Tip: 不同位元組序的選擇涉及到如何組織和解釋二進位數據。位元組序的重要性體現在跨平臺數據交互和網路通信上。如果兩個設備使用不同的位元組序，就需要進行適當的數據轉換才能正確解讀和處理數據

二維數組

可以理解成一維數組中每個元素又是一個一維數組。例如 a[3][4] 就像這樣：

0 1 2 3
0 行
1 行
2 行

a[0]、a[1]、a[2]，每一行就是一個一維數組。

初始化

有多種方式進行二維數組的初始化，效果也不盡相同。請看示例：

  • int a[3][4]; 未初始化，數組 a 中都是隨機值。請看示例：
#include <stdio.h>
  
int main() {
    int a[3][4];
  
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            printf("%d ", a[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
  
    return 0;
}

輸出：

開始運行...

-1833069321 32764 4198917 0 
0 0 0 0 
4198848 0 4198464 0 

運行結束。
  • 部分初始化。示例如下：
// 輸出：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
  
// 輸出：1 0 0 0 5 6 0 0 0 0 0 0
int a[3][4] = {{1}, {5, 6}};
  • 全部初始化。示例如下：
// 輸出：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};

// 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
// 此種寫法不能保證所有編譯器
int a[3][4] = {}
  • 行數可以省略。以下兩行代碼等效：
int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
  
// 省略行。類似一維數組中省略元素個數。
int a[][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};

數組名

題目：定義一個二維數組a，請問 &a[0][0]、a、&a[0]、&a的含義是什麼？

#include <stdio.h>
  
int main() {
    int a[3][4];
  
    printf("%p\n", &a[0][0]); 
    printf("%p\n", a); 
    printf("%p\n", a[0]); 
    printf("%p\n", &a); 
  
    printf("-----\n");
  
    printf("%p\n", &a[0][0] + 1);
    printf("%p\n", a + 1);
    printf("%p\n", a[0] + 1);
    printf("%p\n", &a + 1);
  
    return 0;
}

輸出：

開始運行...

0x7fffadc7d310
0x7fffadc7d310
0x7fffadc7d310
0x7fffadc7d310
-----
0x7fffadc7d314
0x7fffadc7d320
0x7fffadc7d314
0x7fffadc7d340

運行結束。

上半部分都是輸出的都是 0x7fffadc7d310。

下半部分每個加1，差異就顯現出來。

0x7fffadc7d314 - 0x7fffadc7d310 = 0x4，轉為十進位是4個位元組
&a[0][0] + 1

0x7fffadc7d320 - 0x7fffadc7d310 = 0x10，轉為十進位是16個位元組，每個元素是4個位元組，也就是4(16/4)個元素，表示一行
a + 1

0x7fffadc7d314 - 0x7fffadc7d310 = 0x4，轉為十進位是4個位元組
a[0] + 1

0x7fffadc7d340 - 0x7fffadc7d310 = 0x30，轉為十進位是48個位元組，每個元素是4個位元組，也就是 12(48/4)個元素，表示整個數組
&a + 1

結論：

  • &a[0][0] - 首行首元素地址，加 1 是加一個元素（比如這裡4個位元組）
  • 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 是加一個元素（比如這裡4個位元組）
  • &a - 表示整個數組。加1相當於跨越了一個數組
練習

題目：數組 a[3][4]，哪個不能表示a[1][1]的地址?

A、a[1] + 1
B、&a[1][1]
C、(*(a + 1)) + 1
D、a + 5

答案：D。

分析：根據上文學習，我們知道 A和B能表示，其中D是加5行，肯定錯。C由於沒學指針，暫時不管。

字元數組

在 C 語言中，字元串可以用字元數組來表示，即用一個數組來保存一串字元，每個字元用一個位元組來存儲，末尾有一個特殊的空字元 '\0' 來表示字元串的結束。

#include <stdio.h>
  
int main() {
    char str[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
    printf("%s", str);
  
    return 0;
}

在字元數組的初始化末尾一定要添加空字元 '\0'（筆者使用的線上編輯器沒報錯），否則在使用字元串函數處理字元串時，可能會出現意外的錯誤。也可以將上面的代碼簡化為以下形式：

char str[] = "hello";

這樣就可以不用手動添加空字元了，編譯器會自動為字元串添加結尾的空字元。

練習

題目：在輸入的字元串中，在指定位置插入指定字元

實現：

#include <stdio.h>
// string.h 是 C 語言中的頭文件，用於提供一些字元串處理操作的函數和巨集定義
#include <string.h>
  
void insertChar(char str[], int pos, char ch) {
    // 獲取字元串的長度
    int len = strlen(str);
  
    // 檢查插入位置是否有效
    if (pos < 0 || pos > len)
        return;
  
    // 將指定位置後的字元往後移動一位
    for (int i = len; i >= pos; i--) {
        str[i + 1] = str[i];
    }
  
    // 在指定位置插入字元
    str[pos] = ch;
}
  
int main() {
    char str[100];
    int pos;
    char ch;
  
    printf("請輸入字元串。例如 hello world：\n");
    scanf("%[^\n]", str);
    printf("請輸入要插入的位置：");
    scanf("%d", &pos);
    printf("請輸入要插入的字元：");
    scanf(" %c", &ch);
  
    insertChar(str, pos, ch);
  
    printf("\n修改後的字元串：%s\n", str);
  
    return 0;
}

運行：

開始運行...

請輸入字元串。例如 hello world：
a-b-c d e-f-g
請輸入要插入的位置：4
請輸入要插入的字元：x

修改後的字元串：a-b-xc d e-f-g

運行結束。
作者：彭加李
出處：https://www.cnblogs.com/pengjiali/p/17485725.html
本文版權歸作者和博客園共有,歡迎轉載,但未經作者同意必須保留此段聲明,且在文章頁面明顯位置給出原文連接。

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