前端学习C语言 – 数组和字节序

数组

本篇主要介绍：一维二维数组、字符数组、数组名和初始化注意点以及字节序。

一维数组初始化

有以下几种方式对数组初始化：

// 定义一个有5个元素的数组，未初始化int a[5];// 定义一个有5个元素的数组，将第一个初始化0，后面几个元素默认初始化为0int a[5] = {0};// 定义一个有5个元素的数组，5个元素都初始化为：2,3,4,5,6int a[5] = {2, 3, 4, 5, 6};// 【推荐】// 和上一种在功能上是相同的。编译器会根据初始化列表中的元素个数（5个）自动确定数组a的大小为5int a[] = {2,3,4,5,6};

Tip：以上写法创建的数组都是不可变大小的。

练习1

题目：int a[5] = {1}，请问 a 的每个值是多少？

#include int main() {    // 将第一个初始化1，后面几个元素默认初始化为0    int a[5] = {1};    int i;    for (i = 0; i < 5; i++) {        printf("%d ", a[i]);    }    return 0;}

输出：1 0 0 0 0。

在C和C++中，当我们创建数组时，如果没有为数组的所有元素提供初始值，那么剩下未被初始化指定初始值的元素会被默认初始化。对于基本数据类型（如int、float、double等），默认情况下，未初始化的元素将被设置为0

练习2

题目：如果不对 a[5] 进行初始化，将输出什么？

#include int main() { -  int a[5] = {1}; +  int a[5];    int i;    for (i = 0; i < 5; i++) {        printf("%d\n", a[i]);    }    return 0;}

输出随机数：

开始运行...4198784041984640-2014700240运行结束。

练习3

题目：如果将int a[5]; 提到全局作用于中，输出什么？

#include int a[5];int main() {    int i;    for(i =  0; i <  5; i++){         printf("%d ", a[i]);     }    return  0;}

输出: 0 0 0 0 0

练习4

题目：这段代码有什么错误？

#include int main() {    int i = 10;    int a[i] = {0};    return 0;}

运行：

开始运行...# 不允许初始化可变大小的对象。即 i 是可变的。/workspace/CProject-test/main.c:5:11: error: variable-sized object may not be initialized    int a[i] = {0};          ^1 error generated.运行结束。

结论：数组长度不能是变量。

如果换成 #define 常量 还有问题吗？

#include #define i 10int main() {    // int i = 10;    int a[i] = {0};    return 0;}

如果换成 #define 常量就正常，前面我们知道 #define 是文本替换。

数组名

题目：定义一个数组a，请问 a、&a[0]、&a的含义是什么？

#include int main() {  int a[5] ={1};  printf("%p\n", a);   printf("%p\n", &a[0]);  printf("%p\n", &a);    printf("-----\n");  printf("%p\n", a + 1);  printf("%p\n", &a[0] + 1);  printf("%p\n", &a + 1);  return 0;}

运行：

开始运行...0x7ffdfb131f000x7ffdfb131f000x7ffdfb131f00-----0x7ffdfb131f040x7ffdfb131f040x7ffdfb131f14运行结束。

Tip: printf 中的 %p 打印的就是内存地址。内存地址通常以十六进制形式表示。

上半部分都是输出的都是 0x7ffdfb131f00。

但下半部分加1后，结果明显不同。其中：

• 0x7ffdfb131f04 - 0x7ffdfb131f00 = 0x4，转为十进制是4，一个 int 就是4个字节
• 0x7ffdfb131f14 - 0x7ffdfb131f00 = 0x14，转为十进制数是20，刚好是数组 a 的字节数（5*4）

结论：

• a – 数组名。表示首元素的地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
• &a[0] – 表示首元素地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
• &a – 表示整个数组。加1相当于跨越了整个数组

冒泡排序

之前我们写过冒泡排序的例子，我们将该示例用 C 语言重写如下(函数部分后文会讲)：

#include   void bubbleSort(int arr[], int n) {  // 比较轮数，每轮都会将一个值冒泡到正确的位置  for (int i = 0; i < n; i++) {       // 第i轮冒泡    for (int j = 0; j  arr[j + 1]) {        int temp = arr[j];        arr[j] = arr[j + 1];        arr[j + 1] = temp;      }    }  }}  int main() {  int arr[] = {4, 3, 2, 1};  // 计算数组长度。sizeof(arr) - 返回数据类型或变量所占内存大小（字节）；arr[0] - 一个元素的字节数。  int length = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  bubbleSort(arr, length);  // 输出  for (int i = 0; i < length; i++) {    printf("%d ", arr[i]);  }  return 0;}// Output: 1 2 3 4

字节序

字节序（Byte Order）是指在存储和表示多字节数据时，字节的顺序排列方式。

思考这样一个问题

int a[5] 有5个元素，每个元素4个字节，在内存中是一块连续的空间。表示如下：

我们可以将a[0]称作低地址，a[4]称作高地址。a数组中每个元素的四个字节，最左侧字节称作低地址，最右侧字节称作高地址。就像这样：

数组 a 中每个元素中是一个整数，比如 a[0] = 1，在内存中是4个字节，共32位，其二进制表示为：00000000 00000000 00000000 00000001。最左侧是高字节，最右侧是低字节，就像这样:

请问 1 的高字节(00000000)放在低地址还是高地址？

大端序和小端序

不同的计算机架构和处理器采用不同的字节序（Byte Order）。常见的字节序有两种：

• 大端序（Big Endian），低字节对应高地址，高字节对应低地址。1 对应 00000000 00000000 00000000 00000001
• 小端序（Little Endian），低字节对应低地址，高字节对应高地址。1 对应 00000001 00000000 00000000 00000000

Tip: 不同字节序的选择涉及到如何组织和解释二进制数据。字节序的重要性体现在跨平台数据交互和网络通信上。如果两个设备使用不同的字节序，就需要进行适当的数据转换才能正确解读和处理数据

二维数组

可以理解成一维数组中每个元素又是一个一维数组。例如 a[3][4] 就像这样：

a[0]、a[1]、a[2]，每一行就是一个一维数组。

初始化

有多种方式进行二维数组的初始化，效果也不尽相同。请看示例：

• int a[3][4]; 未初始化，数组 a 中都是随机值。请看示例：

#include   int main() {  int a[3][4];    for (int i = 0; i < 3; i++) {    for (int j = 0; j < 4; j++) {      printf("%d ", a[i][j]);    }    printf("\n");  }    return 0;}

输出：

开始运行...-1833069321 32764 4198917 0 0 0 0 0 4198848 0 4198464 0 运行结束。

• 部分初始化。示例如下：

// 输出：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};  // 输出：1 0 0 0 5 6 0 0 0 0 0 0int a[3][4] = {{1}, {5, 6}};

• 全部初始化。示例如下：

// 输出：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};// 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 // 此种写法不能保证所有编译器int a[3][4] = {}

• 行数可以省略。以下两行代码等效：

int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};  // 省略行。类似一维数组中省略元素个数。int a[][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};

数组名

题目：定义一个二维数组a，请问 &a[0][0]、a、&a[0]、&a的含义是什么？

#include   int main() {  int a[3][4];    printf("%p\n", &a[0][0]);   printf("%p\n", a);   printf("%p\n", a[0]);   printf("%p\n", &a);     printf("-----\n");    printf("%p\n", &a[0][0] + 1);  printf("%p\n", a + 1);  printf("%p\n", a[0] + 1);  printf("%p\n", &a + 1);    return 0;}

输出：

开始运行...0x7fffadc7d3100x7fffadc7d3100x7fffadc7d3100x7fffadc7d310-----0x7fffadc7d3140x7fffadc7d3200x7fffadc7d3140x7fffadc7d340运行结束。

上半部分都是输出的都是 0x7fffadc7d310。

下半部分每个加1，差异就显现出来。

0x7fffadc7d314 - 0x7fffadc7d310 = 0x4，转为十进制是4个字节&a[0][0] + 10x7fffadc7d320 - 0x7fffadc7d310 = 0x10，转为十进制是16个字节，每个元素是4个字节，也就是4(16/4)个元素，表示一行a + 10x7fffadc7d314 - 0x7fffadc7d310 = 0x4，转为十进制是4个字节a[0] + 10x7fffadc7d340 - 0x7fffadc7d310 = 0x30，转为十进制是48个字节，每个元素是4个字节，也就是 12(48/4)个元素，表示整个数组&a + 1

结论：

• &a[0][0] – 首行首元素地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
• a – 地址名，表示首行地址，加 1 就是加一行
• a[0] – 首行首元素地址，加 1 是加一个元素（比如这里4个字节）
• &a – 表示整个数组。加1相当于跨越了一个数组

练习

题目：数组 a[3][4]，哪个不能表示a[1][1]的地址?

A、a[1] + 1B、&a[1][1]C、(*(a + 1)) + 1D、a + 5

答案：D。

分析：根据上文学习，我们知道 A和B能表示，其中D是加5行，肯定错。C由于没学指针，暂时不管。

字符数组

在 C 语言中，字符串可以用字符数组来表示，即用一个数组来保存一串字符，每个字符用一个字节来存储，末尾有一个特殊的空字符 ‘\0’ 来表示字符串的结束。

#include   int main() {  char str[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};  printf("%s", str);    return 0;}

在字符数组的初始化末尾一定要添加空字符 ‘\0’（笔者使用的在线编辑器没报错），否则在使用字符串函数处理字符串时，可能会出现意外的错误。也可以将上面的代码简化为以下形式：

char str[] = "hello";

这样就可以不用手动添加空字符了，编译器会自动为字符串添加结尾的空字符。

练习

题目：在输入的字符串中，在指定位置插入指定字符

实现：

#include // string.h 是 C 语言中的头文件，用于提供一些字符串处理操作的函数和宏定义#include   void insertChar(char str[], int pos, char ch) {    // 获取字符串的长度  int len = strlen(str);    // 检查插入位置是否有效  if (pos  len)    return;    // 将指定位置后的字符往后移动一位  for (int i = len; i >= pos; i--) {    str[i + 1] = str[i];  }    // 在指定位置插入字符  str[pos] = ch;}  int main() {  char str[100];  int pos;  char ch;    printf("请输入字符串。例如 hello world：\n");  scanf("%[^\n]", str);  printf("请输入要插入的位置：");  scanf("%d", &pos);  printf("请输入要插入的字符：");  scanf(" %c", &ch);    insertChar(str, pos, ch);    printf("\n修改后的字符串：%s\n", str);    return 0;}

运行：

开始运行...请输入字符串。例如 hello world：a-b-c d e-f-g请输入要插入的位置：4请输入要插入的字符：x修改后的字符串：a-b-xc d e-f-g运行结束。