C 数组

C - 数组

数组（array）是 C 语言中一种基本数据结构（data structure），用于存储固定大小、顺序排列的**相同数据类型（same data type）**元素集合。可以将其视为同一类型的变量组，它们在内存中连续（contiguously）存储（一个接一个），可以通过一个公共名称和索引（index）进行访问。

与其声明诸如 score1, score2, score3, … 的单独变量，不如声明一个名为 scores 的数组变量，并使用索引访问各个元素：scores[0], scores[1], scores[2], …。

关键特性：

固定大小（Fixed Size）： 标准 C 数组的大小必须在编译时确定，不能在运行时（runtime）改变。（C99 引入了可变长数组（Variable Length Arrays, VLAs），但其使用有局限性和潜在风险）。
同质元素（Homogeneous Elements）： 数组内的所有元素必须具有相同的数据类型（例如，全部是 int，全部是 float，全部是 char）。
连续内存（Contiguous Memory）： 数组元素存储在相邻的内存位置，这使得访问效率很高。
基于零的索引（Zero-Based Indexing）： 第一个元素使用索引 0 访问，第二个使用索引 1，大小为 N 的数组的最后一个元素使用索引 N-1 访问。

声明数组

要声明数组，你需要指定元素类型（element type）、数组名（array name）和包含在方括号 [] 中的元素数量（大小，size）：

type arrayName[arraySize];

arraySize 必须是大于零的整数常量表达式。type 可以是任何有效的 C 数据类型（data type）。

示例：

#define MAX_STUDENTS 50

// Declare an array of 10 integers
int counters[10];

// Declare an array of 20 floating-point numbers
float temperatures[20];

// Declare an array to hold grades for MAX_STUDENTS
char grades[MAX_STUDENTS];

初始化数组

数组可以在声明时使用包含在花括号 {} 中的初始化列表（initializer list）进行初始化：

// Initialize an array of 5 doubles
double balances[5] = { 1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0 };

// Initialize an array of integers
int sequence[6] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8 };

重要的初始化规则：

{} 中的初始化器数量不能超过声明的数组大小。
部分初始化（Partial Initialization）： 如果提供的初始化器数量少于数组大小，剩余的元素将自动初始化为零（对于算术类型（arithmetic types））或 NULL（对于指针（pointers））。
省略大小（Omitting Size）： 如果提供了初始化列表但省略了数组大小，编译器会根据初始化器的数量自动确定大小。

// Partial initialization: first 3 elements initialized, last 7 are zero.
int partial[10] = { 5, 10, 15 };

// Omitting size: compiler creates an array of size 4.
char vowels[] = { 'a', 'e', 'i', 'o', 'u' }; // Size is 5

// String literal initialization (includes null terminator)
char message[] = "Hello"; // Size is 6 ('H','e','l','l','o','\0')
// 字符串字面量初始化（包含空终止符）

访问数组元素

单个数组元素使用数组名后跟方括号 [] 中的元素索引（index）来访问。

记住：第一个元素的索引是 0，最后一个元素的索引是 arraySize - 1。

示例：

int values[5] = { 10, 20, 30, 40, 50 };

int firstValue = values[0]; // Access first element (value is 10)
int thirdValue = values[2]; // Access third element (value is 30)

values[4] = 99; // Modify the last element (index 4)

// Attempting to access values[5] would be an error (out of bounds)

重要警告： C 语言不对数组访问执行自动边界检查（bounds checking）。访问超出有效索引范围的元素（例如，array[-1] 或 array[arraySize]）会导致未定义行为（undefined behavior）。这可能导致程序崩溃（crashes）、数据损坏（corrupt data）或引发严重的安全漏洞（security vulnerabilities）（缓冲区溢出，buffer overflows）。程序员（programmer）有责任确保所有数组访问都在有效边界内。

示例：声明、初始化和访问

#include <stdio.h>
#include <stddef.h> // For size_t

#define ARRAY_SIZE 10

int main(void) {
    int numbers[ARRAY_SIZE]; // 声明一个包含 10 个整数的数组
    size_t i; // 使用 size_t 表示数组索引/大小 - 这是标准做法

    // 使用循环初始化元素
    printf("Initializing array...\n");
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; ++i) {
        numbers[i] = (int)(i * i); // 存储平方值：0, 1, 4, 9...
    }

    // 访问并打印每个元素的值
    printf("\nArray elements:\n");
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; ++i) {
        // 防御性检查（可选，但在复杂场景中是良好实践）
        if (i < ARRAY_SIZE) {
            printf("Element[%zu] = %d\n", i, numbers[i]);
        } else {
             printf("Error: Index %zu out of bounds!\n", i);
             // 适当处理错误
        }
    }

    return 0;
}

编译并执行后，输出如下：

Initializing array...

Array elements:
Element[0] = 0
Element[1] = 1
Element[2] = 4
Element[3] = 9
Element[4] = 16
Element[5] = 25
Element[6] = 36
Element[7] = 49
Element[8] = 64
Element[9] = 81

概念	描述
Multi-dimensional arrays	数组的数组，用于表示表格或矩阵（例如，`int matrix[3][4];`）。
Passing arrays to functions	当数组名传递给函数时，它会“衰退”为指向其第一个元素的指针。除非单独传递，否则大小信息会丢失。
Returning arrays from functions	函数不能直接返回整个数组。常用技术包括返回指向动态分配数组的指针，返回指向静态数组的指针（谨慎使用），或将数组封装在结构体（struct）中。
Pointers and Arrays	指针和数组在 C 语言中有很强的关联性。数组名本身在很多上下文中表现得像指向第一个元素的指针（例如，`arrayName` 等同于 `&arrayName[0]`）。
Variable Length Arrays (VLAs)	C99 引入，允许数组大小在运行时（runtime）确定。声明方式类似 `int arr[n];`，其中 `n` 是变量。在 C11/C17/C23 中变为可选特性。如果 `n` 很大，可能存在栈溢出（stack overflow）风险。谨慎使用；动态分配（`malloc`）对于运行时大小的数组通常更安全。