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1. 數組的基本概念

數組（Array）也是一種復合數據類型，它由一系列相同類型的元素（Element）組成。

int count[4];

和結構體成員類似，數組


      count

的4個元素的 存儲空間也是相鄰的 。結構體成員可以是基本數據類型，也可以是復合數據類型，數組中的元素也是如此。根據組合規則，我們可以定義一個由4個結構體元素組成的數組：

struct complex_struct {

double x, y;

} a[4];

struct {

double x, y;

int count[4];

} s;

使用數組下標不能超出數組的長度范圍，這一點在使用變量做數組下標時尤其要注意。C編譯器并不檢查


      count[-1]

或是


      count[100]

這樣的訪問越界錯誤，編譯時能順利通過，所以屬于運行時錯誤。但有時候這種錯誤很隱蔽，發生訪問越界時程序可能并不會立即崩潰，而執行到后面某個正確的語句時卻有可能突然崩潰（在第4節 “段錯誤” 我們會看到這樣的例子）。

（ C語言的設計精神是：相信每個C程序員都是高手，不要阻止程序員去干他們需要干的事，高手們使用


      count[-1]

這種技巧其實并不少見，不應該當作錯誤。）

數組也可以像結構體一樣初始化，未賦初值的元素也是用0來初始化，例如：

int count[4] = { 3, 2, };

數組和結構體雖然有很多相似之處，但也有一個顯著的不同：數組不能相互賦值或初始化。例如這樣是錯的：

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

int b[5] = a;

既然不能相互賦值，也就不能用數組類型作為函數的參數或返回值。

void foo(int a[5])

{

...

}

int array[5] = { 0 };

foo(array);

編譯器也不會報錯，但這樣寫并不是傳一個數組類型參數的意思。對于數組類型有一條特殊規則：數組類型做右值使用時，自動轉換成指向數組首元素的指針。所以上面的函數調用其實是傳一個指針類型的參數，而不是數組類型的參數。這也解釋了為什么數組類型不能相互賦值或初始化，例如上面提到的


      a = b

這個表達式，

和

都是數組類型的變量，但是

做右值使用，自動轉換成指針類型，而左邊仍然是數組類型，所以編譯器報的錯是


      error: incompatible types in assignment

。

習題

1、編寫一個程序，定義兩個類型和長度都相同的數組，將其中一個數組的所有元素拷貝給另一個。既然數組不能直接賦值，想想應該怎么實現。

答：

int main(void)
{
int array1[10] = { 3, 5, 1, 2, 2, 9, 1, 3, 4, 8 };
int array2[10];

int i;
for (i = 0; i < 10; i++) {
array2[i] = array1[i];
}

for (i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d, ", array2[i]);
}
return 0;
}

2. 3. 數組應用實例

調用C標準庫得到的隨機數其實是偽隨機（Pseudorandom）數，是用數學公式算出來的確定的數，只不過這些數看起來很隨機，并且從統計意義上也很接近均勻分布（Uniform Distribution）的隨機數。 C標準庫中生成偽隨機數的是


      rand

函數，使用這個函數需要包含頭文件


      stdlib.h

，它沒有參數，返回值是一個介于0和


      RAND_MAX

之間的接近均勻分布的整數。


      RAND_MAX

是該頭文件中定義的一個常量，在不同的平臺上有不同的取值，但可以肯定它是一個非常大的整數。

0~10的隨機數：int x = rand() % 11;

把上面的程序運行幾遍，你就會發現每次產生的隨機數都是一樣的，不僅如此，在別的計算機上運行該程序產生的隨機數很可能也是這樣的。這正說明了這些數是偽隨機數，是用一套確定的公式基于某個初值算出來的，只要初值相同，隨后的整個數列就都相同。實際應用中不可能使用每次都一樣的隨機數，例如開發一個麻將游戲，每次運行這個游戲摸到的牌不應該是一樣的。因此，C標準庫允許我們自己指定一個初值，然后在此基礎上生成偽隨機數，這個初值稱為Seed，可以用


        srand

函數指定Seed。通常我們通過別的途徑得到一個不確定的數作為Seed，例如調用


        time

函數得到當前系統時間距1970年1月1日00:00:00的秒數，然后傳給


        srand

：

srand(time(NULL);

然后再調用


        rand

，得到的隨機數就和剛才完全不同了。調用


        time

函數需要包含頭文件


        time.h

，這里的


        NULL

表示空指針。

習題

1、用


      rand

函數生成[10, 20]之間的隨機整數，表達式應該怎么寫？

答：

1.補完本節直方圖程序的


      main

函數，以可視化的形式打印直方圖。

答：

int main(void)
{
gen_random(UPPER);

int i, histogram[UPPER] = {0};
for (i = 0; i < N; i++)
histogram[a[i]]++;

for (i = 0; i < UPPER; i++)
printf("%d\t", i);
printf("\n");
do { // 實際上只可能循環N次，因此外層while循環可改為for 0-> N-1，變量breakLoop也可以省了
int breakLoop = 1;
for (i = 0; i < UPPER; i++) {
if (histogram[i] > 0) {
printf("%c\t", '*');
histogram[i]--;
breakLoop = 0;
} else {

printf("\t");

}
}
printf("\n");
if (breakLoop)
break;
} while (1);

return 0;
}

2、定義一個數組，編程打印它的全排列。比如定義：

#define N 3

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

則運行結果是：

$ ./a.out

1 2 3

1 3 2

2 1 3

2 3 1

3 2 1

3 1 2

最后再考慮第三個問題：如果要求從

個數中取

個數做組合而不是做排列，就不能用原來的遞歸過程了，想想組合的遞歸過程應該怎么描述，編程實現它。

答：

4. 字符串

字符串可以看作一個數組，它的每個元素是字符型的。

注意每個字符串末尾都有一個字符


      '\0'

做結束符，這里的

\0

是ASCII碼的八進制表示，也就是ASCII碼為0的Null字符，在C語言中這種字符串也稱為以零結尾的字符串（Null-terminated String）。數組元素可以通過數組名加下標的方式訪問，而字符串字面值也可以像數組名一樣使用，可以加下標訪問其中的字符：

char c = "Hello, world.\n"[0];

編譯錯誤，字符串字面值是只讀的。

"Hello, world.\n"[0] = 'A';

char str[10] = "Hello";

相當于

char str[10] = { 'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0' };

最好讓編譯器自己計算：

char str[] = "Hello, world.\n";

printf("string: %s\n", str);


        printf

會從數組

str

的開頭一直打印到Null字符為止，Null字符本身是Non-printable字符，不打印。

如果數組

str

中沒有Null字符，那么


        printf

函數就會訪問數組越界，后果可能會很詭異：有時候打印出亂碼，有時候看起來沒錯誤，有時候引起程序崩潰。

5. 多維數組

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

圖8.3.多維數組

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

結構體數組

struct complex_struct {

double x, y;

} a[4] = { [0].x = 8.0; };

結構體元素是數組

struct {

double x, y;

int count[4];

} s = { .count[2] = 9 };

多維字符串數組

char days[8][10] = { "", "Monday", "Tuesday" ... "Sunday" };

printf("%s\n", days[day]);

圖8.4.多維字符數組

這個程序和例4.1 “switch語句” 的功能其實是一樣的，但是代碼簡潔多了。簡潔的代碼不僅可讀性強，而且維護成本也低，像例4.1 “switch語句” 那樣一堆


        case

、


        printf

和


        break

，如果漏寫一個


        break

就要出Bug。這個程序之所以簡潔，是因為用數據代替了代碼。具體來說，通過下標訪問字符串組成的數組可以代替一堆 case 分支判斷，這樣就可以把每個 case 里重復的代碼（ printf 調用）提取出來，從而又一次達到了“提取公因式”的效果。這種方法稱為數據驅動的編程（Data-driven Programming），寫代碼最重要的是選擇正確的數據結構來組織信息，設計控制流程和算法尚在其次，只要數據結構選擇得正確，其它代碼自然而然就變得容易理解和維護了，就像這里的


        printf

自然而然就被提取出來了。

石頭剪刀布游戲問題：

留給讀者思考的問題是：


      (man - computer + 4) % 3 - 1

這個神奇的表達式是如何比較出0、1、2這三個數字在“剪刀石頭布”意義上的大小的？

《Linux C一站式編程》第八章數組

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