C++数组入门教程：基础知识与实例详解

本文详细介绍了C++数组入门的基础知识，包括数组的定义、声明、初始化和访问方法。文章还涵盖了数组在实际编程中的应用，如排序和遍历，并讨论了常见的数组错误及其调试方法。通过本文，读者可以全面掌握C++数组入门的相关知识。

C++数组基础概念

数组的定义与声明

在C++中，数组是一种基本的数据结构，用于存储固定数量的相同类型的元素。数组中的每个元素可以通过索引访问，索引从0开始。数组的大小在声明时确定，并且不能更改。

声明数组

数组的声明使用数组名和方括号（[]），其中方括号内指定数组的大小。例如：

int numbers[5];  // 声明一个包含5个整数的数组

数组也可以在声明时初始化，初始化列表中的元素数量必须等于或小于数组的大小。例如：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  // 初始化数组

访问数组元素

数组元素通过索引访问，索引从0开始。例如：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int firstElement = numbers[0];  // 获取第一个元素
int secondElement = numbers[1];  // 获取第二个元素

数组的初始化与赋值

数组可以在声明时初始化，也可以在声明后通过赋值操作进行初始化。

初始化数组

数组初始化可以在声明时进行，也可以在声明后进行。例如：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  // 声明并初始化数组

int numbers[5];
numbers[0] = 1;
numbers[1] = 2;
numbers[2] = 3;
numbers[3] = 4;
numbers[4] = 5;  // 分别赋值

赋值数组

数组也可以通过赋值操作进行赋值，例如：

int numbers[5];
numbers[0] = 1;
numbers[1] = 2;
numbers[2] = 3;
numbers[3] = 4;
numbers[4] = 5;  // 分别赋值

// 或者使用for循环批量赋值
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    numbers[i] = i + 1;
}

数组的访问与遍历

数组可以通过索引访问其元素，也可以通过循环遍历数组中的所有元素。

访问数组元素

使用索引访问数组元素：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
cout << numbers[0] << endl;  // 输出1
cout << numbers[1] << endl;  // 输出2

遍历数组

遍历数组常用的循环有for循环、while循环和do-while循环。

• 使用for循环遍历数组：

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << numbers[i] << " ";
}

• 使用while循环遍历数组：

int i = 0;
while (i < 5) {
    cout << numbers[i] << " ";
    i++;
}

• 使用do-while循环遍历数组：

int i = 0;
do {
    cout << numbers[i] << " ";
    i++;
} while (i < 5);

一维数组操作

一维数组的创建与使用

一维数组是最简单的数组形式，用于存储一维数据。一维数组的声明、初始化和访问与前面介绍的基本相同。

创建一维数组

int numbers[10];
numbers[0] = 1;
numbers[1] = 2;
numbers[2] = 3;
numbers[3] = 4;
numbers[4] = 5;
numbers[5] = 6;
numbers[6] = 7;
numbers[7] = 8;
numbers[8] = 9;
numbers[9] = 10;

初始化一维数组

int numbers[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

访问和遍历一维数组

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    cout << numbers[i] << " ";
}

一维数组排序实例

数组排序是数组操作中的常见任务。常用排序算法包括冒泡排序、插入排序等。

冒泡排序

冒泡排序通过比较相邻元素并交换它们的位置来实现排序。以下是一个简单的冒泡排序实现：

void bubbleSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        for (int j = 0; j < n-i-1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j+1]) {
                swap(arr[j], arr[j+1]);
            }
        }
    }
}

插入排序

插入排序通过将每个元素插入到已排序的部分中来实现排序。以下是一个简单的插入排序实现：

void insertionSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i-1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j+1] = arr[j];
            j = j-1;
        }
        arr[j+1] = key;
    }
}

一维数组搜索与查找

查找算法用于在数组中查找特定的元素。最简单的查找算法是线性搜索。

线性搜索

线性搜索通过遍历数组并逐个比较元素来查找目标值。

int linearSearch(int arr[], int n, int target) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (arr[i] == target) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

二分搜索

二分搜索需要数组是排序好的。它通过不断缩小查找范围来实现高效查找。

int binarySearch(int arr[], int l, int r, int x) {
    if (r >= l) {
        int mid = l + (r - l) / 2;
        if (arr[mid] == x) {
            return mid;
        }
        if (arr[mid] > x) {
            return binarySearch(arr, l, mid - 1, x);
        }
        return binarySearch(arr, mid + 1, r, x);
    }
    return -1;
}

二维数组介绍

二维数组的创建与声明

二维数组是存储在矩阵形式中的数据结构。可以使用两个索引来访问二维数组中的元素。

创建二维数组

二维数组的声明和初始化如下：

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

访问二维数组元素

访问二维数组元素时，使用两个索引，第一个索引表示行，第二个索引表示列。

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

cout << matrix[0][0] << endl;  // 输出1
cout << matrix[1][1] << endl;  // 输出5

二维数组的索引与访问

二维数组的索引与一维数组类似，只是多了一层索引。例如：

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

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 3; j++) {
        cout << matrix[i][j] << " ";
    }
    cout << endl;
}

二维数组的实际应用

二维数组在实际应用中可以表示表格、矩阵等数据结构。例如，在矩阵乘法中可以使用二维数组：

void printMatrix(int matrix[3][3]) {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            cout << matrix[i][j] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
}

void matrixMultiplication(int mat1[3][3], int mat2[3][3]) {
    int result[3][3];
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            result[i][j] = 0;
            for (int k = 0; k < 3; k++) {
                result[i][j] += mat1[i][k] * mat2[k][j];
            }
        }
    }
    printMatrix(result);
}

数组与循环结合使用

使用for循环遍历数组

for循环是遍历数组最常用的方法，以下是一个示例：

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

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << numbers[i] << " ";
}

使用while循环处理数组

while循环也可以用来遍历数组：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int i = 0;

while (i < 5) {
    cout << numbers[i] << " ";
    i++;
}

使用do-while循环操作数组

do-while循环可以用来遍历数组，不同之处在于先执行循环体再检查条件：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int i = 0;

do {
    cout << numbers[i] << " ";
    i++;
} while (i < 5);

数组常见错误与调试

数组越界访问

数组越界访问是常见的错误之一，它发生在访问不存在的数组元素时。例如：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
cout << numbers[5] << endl;  // 越界访问

不正确初始化数组

数组未正确初始化会导致未定义行为。例如：

int numbers[5];  // 未初始化
cout << numbers[0] << endl;  // 输出未定义的值

数组内存泄漏问题

数组的内存泄漏通常发生在动态分配的数组中。例如：

int* numbers = new int[5];
delete[] numbers;  // 忘记释放内存

数组的进一步学习资源

推荐书籍和在线教程

• 参考文献：

  • C++ Primer（C++ Primer）
  • Effective C++：55个具体原则（Effective C++: 55 Specific Ways to Improve Your Programs and Designs）
  • C++标准库（The C++ Standard Library: A Tutorial and Reference）
• 推荐网站：
  • 慕课网（imooc.com）：提供丰富的C++学习资源和课程。

实践项目建议

• 实现基本的排序算法，如冒泡排序、插入排序等。
• 实现二维数组的矩阵乘法。
• 编写一个简单的文本编辑器，使用数组来处理用户输入的文本。

进阶学习方向

• 学习STL（Standard Template Library）中的容器类，如vector、list等。
• 学习动态数组和内存管理，包括malloc、new、delete等。
• 学习高级数据结构，如链表、树、图等。