C++ 数组

数组是一种基本的数据结构，用于存储相同类型的数据项的集合。它在内存中连续地分配空间，并通过索引来访问每个元素。

数组的基本概念

数组可以看作是一个具有固定大小的容器，其中所有元素都是同一类型的变量。这些元素在内存中的位置是连续的，并且可以通过索引来访问。

数组的声明

数组可以通过以下方式声明：

type arrayName[arraySize];

其中 type 是数组元素的数据类型，arrayName 是数组的名字，arraySize 是数组的大小，即元素的数量。

例如：

int numbers[5]; // 声明一个整型数组，包含5个整数
char letters[26]; // 声明一个字符数组，包含26个字符

数组的初始化

数组可以在声明时进行初始化：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
char letters[5] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e'};

如果初始化列表提供的元素少于数组的大小，则剩余的元素将自动初始化为0或空字符：

int numbers[5] = {1, 2}; // 其余元素将被初始化为0

数组的索引

数组的索引从0开始，到arraySize - 1结束。可以通过索引来访问和修改数组的元素：

numbers[0] = 10; // 修改第一个元素
int firstNumber = numbers[0]; // 获取第一个元素

多维数组

多维数组是一种特殊的数组形式，它允许你在多个维度上存储数据。

二维数组

二维数组可以看作是一个表格，其中包含行和列。声明二维数组的方法如下：

type arrayName[rowSize][columnSize];

例如：

int matrix[3][3]; // 声明一个3x3的整型矩阵

二维数组也可以在声明时初始化：

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

访问二维数组

访问二维数组的元素需要提供两个索引：行索引和列索引：

matrix[0][0] = 10; // 修改第一行第一列的元素
int element = matrix[1][2]; // 获取第二行第三列的元素

动态数组

动态数组允许在程序运行时根据需要调整数组的大小。C++ 中的动态数组通常是通过指针和 new 操作符来实现的。

动态数组的声明

动态数组通常在堆（heap）上分配内存，使用 new 操作符：

int* numbers = new int[5]; // 分配一个包含5个整数的动态数组

动态数组的初始化

动态数组可以在分配时进行初始化：

int* numbers = new int[5]{1, 2, 3, 4, 5};

动态数组的释放

使用完动态数组后，需要通过 delete[] 来释放内存：

delete[] numbers;

动态数组的扩展

可以通过重新分配内存来扩展动态数组的大小：

int* temp = new int[newSize];
for (int i = 0; i < oldSize; ++i) {
    temp[i] = numbers[i];
}
delete[] numbers;
numbers = temp;

数组的遍历

遍历数组通常通过循环来实现。常见的遍历方法包括 for 循环和 foreach 循环（在C++11及以后版本中可用）。

使用 for 循环遍历

for (int i = 0; i < arraySize; ++i) {
    std::cout << array[i] << " ";
}

使用 foreach 遍历

for (auto element : array) {
    std::cout << element << " ";
}

数组的常见操作

查找元素

查找数组中的元素通常使用线性搜索，即逐个比较数组中的元素：

bool found = false;
for (int i = 0; i < arraySize && !found; ++i) {
    if (array[i] == targetElement) {
        found = true;
    }
}

排序数组

数组排序可以通过多种算法实现，如冒泡排序、选择排序、插入排序等。这里以冒泡排序为例：

for (int i = 0; i < arraySize - 1; ++i) {
    for (int j = 0; j < arraySize - i - 1; ++j) {
        if (array[j] > array[j + 1]) {
            std::swap(array[j], array[j + 1]);
        }
    }
}

数组的应用场景

数组广泛应用于各种编程任务中，包括但不限于：

• 存储一组相关的数据。
• 实现数据结构，如栈、队列等。
• 作为其他数据结构的基础，如图和树。

小结

本章介绍了C++中数组的概念和使用方法，包括数组的声明、初始化、索引、遍历、操作以及多维数组和动态数组的处理。理解数组对于任何C++程序员来说都是非常重要的基础技能。