C++数组用法详解（附带实例）

数组是编程中最基础且最常用的数据结构之一，它可以存储多个同类型的元素。

数组是一种线性数据结构，可以存储固定数量的同类型元素。数组中的元素在内存中是连续存储的，每个元素都有一个索引，用于唯一标识该元素，索引（下标）从 0 开始。

例如，我们可以声明一个包含 5 个整数的数组（见下图）：

int arr[5];

在这个数组中，arr[0] 是第一个元素，arr[4] 是最后一个元素。

C++开辟数组空间

1) 数组的声明

在 C++ 中，我们可以在声明数组时确定其大小。例如，声明一个包含 10 个整数的数组：

int arr[10];

注意，数组的大小必须是常量，不能使用变量来确定数组的大小。如果想创建一个可变长度的数组，可以使用 STL 中的 vector 容器。

在不同位置开辟的数组，其初始值也有所不同。在栈区（即函数内部）开辟的数组，数组元素的初始化值是未定义的，可能是随机混乱的值或内存中残余的垃圾值。而在堆区（即全局或静态区）开辟的数组，所有元素会自动将每字节都归零（即自动初始化为 0）。

示例代码如下：

const int N = 10;   // 全局变量，a = {0, 0, 0, 0, ...}（默认初始化为全 0）
int a[N];

int main() {
    int b[N];       // 局部变量，b = {随机值}（一些随机的值）
    return 0;       // 返回 0 表示程序正常结束
}

上述代码首先定义了一个常量整数 N，其值为 10。然后，在全局作用域中声明了一个名为 a 的整型数组，其大小为 N（即 10）。由于 a 是全局变量且未显式初始化，因此数组 a 的所有元素都被默认初始化为 0。

在 main() 函数内部，声明了一个名为 b 的整型数组，大小同样为 N。与全局变量 a 不同，局部数组 b 没有被显式初始化，因此它的初始值是不确定的。这些值可能是内存中的任意垃圾值，也可能是编译器自动分配的值。

这段代码展示了如何声明和使用全局和局部数组，并说明了它们的初始化差异。全局数组 a 被初始化为全零，而局部数组 b 的元素值是不确定的。

2) 二维数组

在实际使用中，还有一个非常重要的数组类型——二维数组，其结构如下图所示：


例如，以下代码用来创建一个二维数组，并输出数组的一个元素：

const int N = 1003;
const int M = 2003;
int a[N][M];                  // 创建一个1003 × 2003大小的二维数组

cout << a[1][2] << '\n';      // 输出数组a的第1行第2列的元素

上述代码首先定义了两个常量 N 和 M，分别赋值为 1003 和 2003。然后声明了一个名为 a 的二维数组，其大小为 1003 行 2003 列。最后，使用 cout 输出数组 a 的第 1 行第 2 列的元素，即 a[1][2]。

在算法竞赛中开数组时，我们一般会多开几个空间，例如题目要求 1000 大小，我们就可以开到 1003,1005,1007 等大小，这在编程时会提供一些便利。

3) 字符数组

关于数组，还有一种字符数组，即 C原生字符串，值得了解。字符数组实际上是一个 char 类型的数组，每个元素占据一个字节（Byte）的存储空间。

假如想存储一个长度为 n 的字符串，需要创建 n+1 大小的字符数组，如下图所示：


因为字符数组的最后一位存储的是结束符'\0'，它的出现意味着字符串到此为止。在 C/C++ 中，用单引号引起来的都是字符常量。字符数组有多种初始化方式，相比其他数组，它更为灵活。

char s[] = "Hello"; // 字符串长度为5，但字符数组长度为6

// 表示将字符串输入str[1]开始的字符数组中
// 注意此时需要创建n+2大小的字符数组，因为第0位没有被使用
char str[N];
cin >> str + 1;

上述代码将输入的字符串存储到一个字符数组中，但从数组的第 1 个位置（索引为 1）开始存储，而不是从第 0 个位置开始。这样做的目的是让数组的第0位保持空白，或用于其他目的。

首先，定义了一个字符数组 str，其长度为 N。然后，使用 cin >> str + 1;语句将输入的字符串存储到数组 str 中，从第 1 个位置开始。这里的 +1 表示将输入的字符串存储到数组的第 1 个位置，而不是第 0 个位置。

需要注意的是，为了确保有足够的空间存储输入的字符串以及可能的空字符（字符串结尾的 '\0'），数组 str 的大小应该至少为 N+2。这样，即使输入的字符串长度为 N-1，仍然可以在数组末尾添加一个空字符作为字符串结束标志。

C++数组初始化

当我们声明数组时，可以同时对其进行初始化。例如：

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

如果只初始化数组的部分元素，未被初始化的元素将被赋予默认值（对于 int 类型，默认值为 0）。例如：

int arr[5] = {1, 2};      // 剩余的元素置为0
//arr = {1, 2, 0, 0, 0};

如果想要将所有元素都初始化为同一值，可以使用 std::fill 函数。例如：

int arr[5];
std::fill(arr, arr+5, 1);  // 将[arr, arr + 5]这段内存的值初始化为1

当然，最常用的方法是直接用 for 循环对数组进行初始化，这样最为灵活。例如：

int arr[5];
for (int i = 0; i < 5; ++i) arr[i] = 0;   // 将数组 arr 初始化为 0

int a[N][M];
// 初始化二维数组
// 将二维数组的 [1 ~ n][1 ~ m] 区域初始化为 0
for (int i = 1; i <= n; ++i)
    for (int j = 1; j <= m; ++j)
        a[i][j] = 0;

C++数组和指针的关系

在 C++ 中，数组名是一个指向数组第一个元素的指针。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;

此时，p 指向数组 arr 的第一个元素，我们可以通过解引用指针来访问元素：

cout << *p;           // 打印结果：1
cout << *(p+1);       // 打印结果：2

需要注意的是，尽管数组名可以作为指针使用，但数组名并不是一个真正的指针，它是一个常量指针，不能更改其值。例如，以下代码是错误的：

int arr[5], arr2[5];
arr = arr2;           // error: array type 'int [5]' is not assignable

在 C++ 中，指针的使用非常普遍，因为它们提供了一种高效的方式来处理内存和数据结构，尤其是在数组、字符串和动态分配的内存处理中。

例如，如果我们有一个整数数组，则可以创建一个指向数组第一个元素的指针，并通过增加指针值来访问数组中的其他元素：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p = arr;            // p指向数组的第一个元素

cout << *p;              // 输出1
cout << *(p+1);          // 输出2
cout << *(p+2);          // 输出3
// 以此类推

理解指针的概念对于成为一名熟练的 C++ 程序员至关重要，因为它们在许多高级编程技术和库中都发挥着核心作用。