C语言基础08

内容提要

数组
- 排序算法：冒泡排序
- 二维数组
- 字符数组

数组

冒泡排序

排序思想（向前冒泡）
- 一次只排好一个数，针对n个数，最差情况需要n-1次就可以排好
- 每次排序假定第一个元素是最大或者最小，用第一个元素后面的元素一一与第一个元素比较，遇到较大或较小的和第一个元素交换，访问完数组的最后一个元素，就排好了一个数
- 在余下的数中，再次应用第2步的操作，直到只剩下1个数
动图演示：
推理：

例如：将5,4,3,2,1冒泡排序为1,2,3,4,5

排序演示：
- 第0轮：5,4,3,2,1 → 4,3,2,1,5 比较4次 = 数组长度5 - 轮数0 - 1
- 第1轮：4,3,2,1,5 → 3,2,1,4,5 比较3次 = 数组长度5 - 轮数1 - 1
- 第2轮：3,2,1,4,5 → 2,1,3,4,5 比较2次 = 数组长度5 - 轮数2 - 1
- 第3轮：2,1,3,4,5 → 1,2,3,4,5 比较1次 = 数组长度5 - 轮数3 - 1
总结：
- 上面案例涉及到5个数的排序，排序了4轮，得到：轮数 = 元素个数（数组长度） - 1，我们可以通过一个外层for循环实现轮数的遍历
- 案例涉及的每一轮中数列的排序次数，计算规则：次数 = 元素个数 - 轮数 - 1，我们可以通过一个内层for循环实现每一轮次数的遍历
- 每一次比较过程中，两个数涉及到位置交换，比如a = 3, b = 4，交换ab的数据变为a = 4, b = 3，应该如何实现：
  - 引入一个临时变量temp，将a的值赋值给temp，int temp = a;
  - 将b的值赋值给a，a = b;
  - 将temp的值赋值给a，a = temp;

代码：

 // 创建一个数组，用来存放排序用的数列int arr[10];// 定义循环变量和临时变量int i,j,temp;printf("请输入10个整数：\n");// 计算数组的长度int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 等价于 sizeof(arr) / sizeof(int);// 通过循环录入for (i = 0; i < len; i++) scanf("%d",&arr[i]);printf("\n");// 冒泡排序// 外层循环：实现轮数的遍历，轮数 = 数组长度 - 1for (i = 0; i < len - 1; i++){// 内层循环：实现每一轮的比较次数，比较次数 = 数组长度 - 轮数 - 1for (j = 0; j < len - i - 1; j++){// 相邻两个数比较后交换位置// if (arr[j] < arr[j+1]) // 此时，实现降序排列：从大到小if (arr[j] > arr[j+1]) // 此时，实现升序排列：从小到大{temp = arr[j];arr[j] = arr[j+1];arr[j+1] = temp;}}}prinf("冒泡排序后的数列：\n");for (i = 0; i < len; i++) printf("%3d",arr[i]);printf("\n");

衍生：

冒泡排序 → 鸡尾酒排序 → 摇床排序

二维数组

定义

二维数组本质上是一个行列式的组合，也就是说二维数组由行和列两部分组成，属于多维数组。二维数组数据通过行列进行解读

二维数组可被视为一个特殊的一维数组，相当于二维数组又是一个特殊的一维数组，只不过它的元素是一维数组。（数组的元素的类型可以是数组类型）

语法

 数据类型 数组名[行数][列数]

行数：外层数组的数组容量

列数：内层数组的数组容量

说明

二维数组在初始化的时候可以省略行数，系统会通过初始化后的数据自动推断行数
二维数组和一维数组一样，也可以部分初始化，未初始化的数据默认用0或者\0(\0对应的ASCII是0)补齐
二维数组在初始化的时候不能省略列数，否则编译报错

举例

 int arr[3][3] = {{11,12,13},{21,22,23},{31,32,33}};  // 正确，等价于下面写法int arr[][3]  = {{11,12,13},{21,22,23},{31,32,33}};  // 正确，二维数组初始化的时候可以省略行数int arr[3][3] = {{11,12},{21,22},{31}};              // 正确，等价于下面的写法int arr[3][3] = {{11,12，0},{21,22,0},{31,0,0}};  int arr[3][3] = {0};                                 // 正确，所有位置使用0补齐int arr[3][3] = {};                                  // 正确，所有位置使用0补齐int arr[3][3] = {11};                                // 正确，除了第0行第0列使用11填充外，其他位置都使用0补齐int arr[][]   = {{11,12,13},{21,22,23},{31,32,33}};  // 错误，这种写法，编译报错，不能省略列数int arr[3][]   = {{11,12,13},{21,22,23},{31,32,33}}; // 错误，这种写法，编译报错，不能省略列数

注意：在C语言中，二维数组在计算机的存储顺序是按行进行的，即第一维的（行）下标变化慢，第二维的（列）下标变化快

内存存储

应用场合

主要是应用于对行列有要求的情况。比如我们现在要存储西安粤嵌所有在班学生的成绩

还有就是字符数组的应用，比如用数组存储学生的姓名

特殊写法

下标可以是整型表达式，如：a[2-1][2*2-1] → a[1][3]
下标可以是已经有值的变量或数组元素，如：a[2*x-1][b[3][1]]
数组元素可以出现在表达式中，如：b[1][2] = a[2][3]/2

注意：使用数组元素的下标应在已定义数组的大小范围内；应注意区别定义数组大小和引用数组元素的区别

初始化

分行给二维数组赋初值

 int arr[3][4] = {{11,12,13,14},{21,22,23,24},{31,32,33,34}};

可将所有数据写在一个花括号内，按照排列顺序对元素赋值
```
 int arr[3][4] = {11,12,13,14,21,22,23,24,31,32,33,34};
```
可对部分元素赋初值，其余未赋值部分自动填充数值类型默认值-0 | 字符型默认值-\0
```
 int arr[3][4] = {{11},{21,22},{31}};
```
若对全部元素赋初值，自定义数组时可以省略第1维数组的长度，第2维数组的长度必须指明
```
 int a[][4] = {11,12,13,14,21,22,23,24,31,32,33,34};
```
在分行赋初值时，也可以省略第1维的长度
```
 int arr[][4] = {{11,12,13},{0},{0,10}};
```

案例

案例1：

需求：二维数组的遍历
分析：
- 二维数组的遍历需要使用到双层for循环，外层循环控制行，内层循环控制列
- 取数据：arr[行号][列号]

代码：

// 创建一个二维数组
int arr[][3] = {{11},{21,22},{31,32,33}};// 获取行数组容量和列数组容量
int row = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int col = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0]);// 遍历数组
// 外层循环控制行
for (int i = 0; i < row; i++)
{// 内层循环控制列（也可以在这里计算列的大小）// int col = sizeof(arr[i]) / sizeof(arr[i][0]);for (int j = 0; j < col; j++){// 输出元素printf("%-3d",arr[i][j]);}
}
printf("\n");

案例2：

需求：矩阵的转置
分析：
- 所谓的转置，就是原本的列变行，行变列

代码：

#define ROW 2
#define COL 2// 定义循环变量
int i,j;// 准备2个数组用来存放转置前后的数据
int arr_before[ROW][COL] = {{11,12,13},{21,22,23}};
int arr_after[COL][ROW] = {0};// 计算数组大小
int arr_before_row = sizeof(arr_before) / sizeof(arr_before[0]);
int arr_before_col = sizeof(arr_before[0]) / sizeof(arr_before[0][0]);int arr_after_row = sizeof(arr_after) / sizeof(arr_after[0]);
int arr_after_col = sizeof(arr_after[0]) / sizeof(arr_after[0][0]);// 通过循环实现数组转置
printf("转置前：\n");
for (i = 0; i < arr_before_row; i++)
{for (j = 0; j < arr_before_col; j++){// 打印输出转置前的数据printf("%-4d",arr_before[i][j]);// 转置arr_after[j][i] = arr_before[i][j];}printf("\n");
}
printf("\n");printf("转置后：\n");
for (i = 0; i < arr_after_row; i++)
{for (j = 0; j < arr_after_col; j++){// 打印输出转置后的数据printf("%-4d",arr_after[i][j]);}printf("\n");
}
printf("\n");

运行结果：

课堂练习

需求：求一个3行3列的矩阵对角线上的元素之和
分析：

总结：等行等列的矩阵，转置前后，对角线上的数据相等

字符数组

在C语言中，支持常量字符串，不支持变量字符串，如果想要实现类似的变量字符串，C语言中提供了两种实现方式

字符数组
```
char name[] = "哪吒";
```
字符指针
```
char *name = "哪吒";
```

概念

元素类型为char字符型的数组，字符数组往往是用来存储字符串数据的.需要注意的是，我们C语言中的字符是字节字符

测试题：

char a = 'A';  // 正确
char b = '1';  // 正确
char c = 65;   // 正确，这里的65是ASCII码，char的值有两种形式，一种是字符，一种是字符对应的ASCII码
char d = "A";  // 错误，char字符不能用双引号
char e = '王'; // 错误，因为一个中文汉字占两个字节
char f = "王"; // 正确，占三个字节，一个汉字+\n

语法：

// 一维数组
char 数组名[数组容量];// 二维数组
char 数组名[行容量][列容量];

字符数组的语法就是我们前面所学的一维数组和二维数组的语法，只不过数据类型是char而已

注意：

如果我们的char数组初始化的时候，没有完全初始化值的时候，使用'\0'进行填充。这里的'\0'只是起到一个占位或者标识的作用，我们是无法通过printf打印输出到控制台的

比如：

char c[8] = {'h','e','l','l','o'};   // 等价于下面写法
char c[8] = {'h','e','l','l','o','\0','\0','\0'};

案例

案例1：

需求：输出一个字符序列（I LOVE YOU）

代码：

// 创建一个数组，用来存储 I LOVE YOU，ASCII中对应空格为：' '，其对应的ASCII值为 32
char arr[] = {'I',' ','L','O','V','E',32,'Y','O','U'}; // 计算数组的长度
int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);// 通过for循环遍历数组
for (int i = 0; i < len; i++) printf("%c",arr[i]);printf("\n");

案例2：

需求：输出一个用字符*组成的空菱形图案

代码：

// 创建一个二维数组，存放空菱形
char arr[5][5] = {{' ',' ','*',' ',' '},{' ','*',' ','*',' '},{'*',' ',' ',' ','*'},{' ','*',' ','*',' '},{' ',' ','*',' ',' '}
};
// 计算行数和列数
int row = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int col = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0]);
// 遍历数组
for (int i = 0; i < row; i++)
{for (int j = 0; j < col; j++){printf("%c",arr[i][j]);}printf("\n");  // 当一行所有列数据输出完毕，需要换行
}
printf("\n");

注意：

①如果定义时，不初始化，元素值不确定（针对定义在函数中的数组）
char arr1[2];   // 此时这个值是随机的，不固定的
char arr2[5] = {'a','b','c'};  // 此时处于不完全初始化，未初始化的元素使用\0进行填充
②如果提供的字符个数大于数组长度，则按照语法错误处理（会报警告，但是能编译通过）；如果字符个数小于数组长度，后面的元素自动补充\0
char arr1[2] = {'h','e','e'}; // 编译能通过，但是会报警告；不建议写
char arr2[3] = {'a'};         // 正确，未初始化的元素使用\0填充
③如果提供的字符个数与数组长度相同，可以省略数组长度，系统会自动确定元素个数，适合字符较多时
char arr1[] == {'b','u'};    // 正确，根据初始化元素，由系统自动计算元素个数

字符串结束标志

说明

C语言规定，字符串以字符\0作为结束标志
编译系统对字符串常量自动加一个\0作为结束标志。比如"hello"实际上的存储{'h','e','l','l','o','\0'}
程序中往往通过判断\0来检测字符串是否结束
\0的ASCII码是0，不是一个可显示可输出的字符，是“空操作符”，它什么都不做，不会增加有效字符，仅仅用作一个工程判别的标志或者在字符数组中占位
```
char a[] = {'h','i'};       // hi
char a[] = {'h','i','\0'};  // hi
char c[] = "hello";         // 实际的存储形式为 hello\0
```

字符数组的多样表示

我们的char数组可以以数组的形式一个一个输出每个字符；也可以以字符串的形式整体进行输出

案例：

// 字符串的第1种表示：
char s1[] = {'h','e','l','l','o',' ','w','o','r','l','d','\0'};
// 字符串的第2种表示：
char s2[] = {"hello world"};  // ""包裹的字符串自带\0
// 字符串的第3种表示：
char s3[] = "hello world";// 字符串输出第1种方式：
// 计算数组的长度
int len = sizeof(s3) / sizeof(s3[0]);for (int i = 0; i < len; i++)
{// 过滤\0if (s1[i] == '\0' || s2[i] == '\0' || s3[i] == '\0') continue;printf("%c,%c,%c\n",s1[i],s2[i],s3[i]);
}
printf("\n");// 字符串输出第2种方式：
printf("%s,%s,%s\n",s1,s2,s3);printf("\n");

注意：

字符串的长度与字符数组的长度不一定相同

char c[] = {'h','\0','i','\0'};
// c作为数组，长度为：4
// c作为字符串，长度为：1

利用字符串常量可以对字符数组进行初始化，但不能用字符串常量对字符数组赋值

// 正确演示：利用字符串常量给字符数组初始化
char arr1[6] = "hello";// 错误演示：用字符串常量给字符数组赋值
char arr2[6];
arr2 = "hello";

字符串的基础操作

在用格式化说明符%s进行输入输出时，其输入输出项均为数组名，但在输入时，相邻两个字符串之间要用空格分隔，系统将自动在字符串后加上\0，在输出时，遇到结束符\0作为输出结束标志

对于字符串的操作，我们需要使用到一些系统提供的API函数

字符串输入

scanf

语法：

scanf("%s",数组名);

注意：数组名对应的数组只能是char类型

案例：

// 创建一个字符数组，用来存储姓名
char name[20];printf("请输入您的名字：\n");
scanf("%s",name); // 数组本身没有空间，它的内存空间其实就是其元素空间，C语言规定数组名指向的就是首地址
printf("您的姓名是%s\n",name);

注意：采用scanf进行字符串输入，要求字符串中不能有空格，否则字符串遇到空格就会结束

fgets

语法：

fgets(数组名,数组容量,stdin);

功能：

从键盘录入一个字符串常量到字符数组，返回字符数组的地址（首地址，默认返回的地址，一般用12位16进制数表示）

说明：

采用fgets进行字符串输入，可获取所有输入的字符串，包含\n，在实际的字符串处理时，我们可能需要手动处理\n

案例：

// 创建一个字符数组，用来存储姓名
char name[20];
// 计算数组的大小
int len = sizeof(name) / sizeof(name[0]);printf("请输入您的名字：\n");
fgets(name,len,stdin); // 数组本身没有空间，它的内存空间其实就是其元素空间，C语言规定数组名指向的就是首地址printf("您的名字是%s\n",name);

注意：

①如果输入的字符串不包括空格或换行，可以使用scanf或者fgets

②如果输入的字符串包括空格或换行，只能使用fgets

gets 危险的

语法：

gets(数组名);

功能：

从键盘录入一个字符串常量到字符数组，返回字符数组的地址（首地址，默认返回的地址，一般用12位16进制数表示）

说明：

采用gets进行字符串输入，可获取所有输入的字符串，包含\n，在实际的字符串处理时，我们可能需要手动处理\n

案例：

// 创建一个字符数组，用来存储姓名
char name[20];
// 计算数组的大小
int len = sizeof(name) / sizeof(name[0]);printf("请输入您的名字：\n");
gets(name); // 数组本身没有空间，它的内存空间其实就是其元素空间，C语言规定数组名指向的就是首地址printf("您的名字是%s\n",name);

字符串输出

printf

语法：

printf("%s",数组名);

案例：

// 创建一个字符数组，用来存储姓名
char name[20];printf("请输入您的名字：\n");
scanf("%s",name); // 数组本身没有空间，它的内存空间其实就是其元素空间，C语言规定数组名指向的就是首地址printf("您的名字是%s\n",name);

fputs

语法：

fputs(数组名,stdout);

功能：

输出一个字符串

说明：

字符串可以包含转义字符（可以识别转义字符）

案例：

char arr[] = "hi lucy\teat\n";// 第1种输出
printf("%s\n",arr);// 第2种输出
fputs(arr,stdout);

puts

语法：

puts(数组名);

功能：

输出一个字符串

说明：

字符串可以包含转义字符（可以识别转义字符）

案例：

char name[20];printf("请输入您的名字：\n");// gets、fgets和scanf只能多选一
gets(name);// 输出
puts(name); // 标准的输出

字符串转数值【扩展】

strtol
```
 long strtol(const char *str, char **endptr, int base);
```
将字符串转换为长整型数

参数说明：
- str：指向要转换的字符串的指针
- endptr：一个指向字符指针的指针。如果提供了这个参数，并且转换成功，endptr将被设置为指向第一个为转换字符的指针。如果endptr是NULL，则不使用它
- base：用于指定转换的基数。它可以是 2 到 36 之间的值，或者是特殊值 0。如果base是 0，则函数会根据字符串的前缀（如 "0x" 或 "0X" 表示十六进制，"0" 表示八进制，否则默认为十进制）来自动确定基数。

strtoul

unsigned long strtoul(const char *str, char **endptr, int base);

将字符串转换为无符号长整型数

strtod

double strtod(const char *str, char **endptr);

将字符串转换为双精度浮点数

atol
```
long atol(const char *str);
```
将字符串转换为长整型数（不推荐使用，建议使用strtol）
atof
```
double atof(const char *str);
```
将字符串转换为双精度浮点数（不推荐使用，建议使用strtod）

案例：

printf("%lo,%ld,%lx\n",strtol("12",NULL,8),strtol("12",NULL,10),strtol("12",NULL,16));
printf("%lo,%ld,%lx\n",strtol("012",NULL,0),strtol("12",NULL,10),strtol("0x12",NULL,0));int a = 10;printf("%p,%lx\n",&a,&a);main()
{int a=2,b=-1,c=2;if(a<b)if(b<0) c=0;else c+=1;printf("%d\n",c);
}