C++ 数组

2025年4月25日 | 阅读 12 分钟

在 C++ 中，`std::array` 是一个封装固定大小数组的容器。在 C++ 中，数组索引从 0 开始。C++ 数组只能存储固定数量的元素。

在 C++ 或任何其他编程语言中，一组存储在相邻内存位置的相关数据项被称为数组。数组的元素可以通过其索引进行任意访问。它们可用于存储任何类型的原始数据类型的集合，包括 int、float、double、char 等。C++ 中的数组还可以存储结构、指针和其他数据类型的派生数据类型，这是一个额外的功能。下面提供了数组在图中的表示。

示例

#include <iostream>
int main() {
    int numbers[5] = {2, 5, 7, 9, 15};

    // Accessing and displaying elements
    std::cout << "First element: " << numbers[0] << std::endl;
    std::cout << "Second element: " << numbers[1] << std::endl;

    return 0;
}

编译并运行

输出

First element: 2
Second element: 5

在这里，我们将讨论数组的声明、初始化、访问以及更多内容。

数组声明

在 C++ 中，数组的构建首先定义数据类型，然后是数组的名称和大小，这两者都用方括号 `[]` 括起来。这种语法通常被称为数组下标运算符。

语法

它具有以下语法。

此声明创建了一个名为 `array_name` 的数组，它根据指定的大小可以容纳固定数量的元素。数组 `char`、`float` 或 `int` 的数据类型决定了它可以保存的值的类型。一旦声明，数组的大小就不能动态更改；它是固定的。

例如：`int arr[4];`

int: 要存储的元素类型。
arr: 数组名称。
4: 表示数组大小为 4。

创建一个名为“**arr**”的数组，它可以存储五个整数。但是，当声明数组时，数组元素没有预定义值。除非直接初始化，否则它们包含垃圾值。

初始化 C++ 中的数组

在声明数组后，除非为其元素分配了值，否则无法使用它。

数组可以通过两种典型方式进行初始化

声明时初始化数组
声明后赋值

1. 声明时初始化数组

可以在声明时将值放在花括号 `{}` 中来初始化数组。值之间用逗号分隔。

示例

2. 声明后赋值

也可以先声明数组，然后单独为每个索引赋值来初始化数组。

示例

int num_bers[3]; //Declaration of an array.
// Assigning values to each element
num_bers[0] = 10;  
num_bers[1] = 20;  
num_bers[2] = 30;

访问 C++ 中的数组元素

索引是访问数组中元素的过程，通过在数组名称后面跟上用方括号 `[]` 括起来的索引号。它允许直接检索或修改特定的数组元素。第一个元素是 0，然后是 1，依此类推。例如，表达式 `name_of_the_array[index]` 引用指定索引点的元素。

在人类计数中位于 n 位置的元素，在编程中实际上位于 n-1 位置，因为索引使用从零开始的编号。当访问超出数组有效范围的索引时，可能会导致数据检索不准确或程序崩溃，这会导致未定义行为。为了避免运行时错误，使用数组需要进行适当的边界检查。

语法

它具有以下语法。

示例

让我们举一个例子来说明如何在 C++ 中访问数组元素。

示例

#include <iostream>
using namespace std;
int main() 
{
    // Defining and initializing an array
    int num_bers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // Displaying specific elements from the array
    cout << "Starting element at the index 0: " << num_bers[0] << endl;  
    cout << "Middle element at the index 2: " << num_bers[2] << endl;  
    cout << "Last element at the index 4: " << num_bers[4] << endl;   
    // Looping through the array to print all elements
    cout << "Complete array elements: ";
    for (int index = 0; index < 5; index++) 
    {
        cout << num_bers[index] << " ";
    }
    return 0;
}

编译并运行

输出

Starting element at the index 0: 10
Middle element at the index 2: 30
Last element at the index 4: 50
Complete array elements: 10 20 30 40 50

说明

C++ 程序在声明时使用 `{10, 20, 30, 40, 50}` 这五个元素初始化了整数数组 `num_bers`。使用相应的索引检索并显示第一个元素 (`num_bers[0]`)、中间元素 (`num_bers[2]`) 和最后一个元素 (`num_bers[4]`)。

`for` 循环遍历数组，依次打印每个条目。`cout` 语句确保输出格式清晰，便于识别每个元素的位置。程序最终成功结束并返回 0，表示正常执行。

C++ 带有空元素的数组

在 C++ 中，当数组声明为固定大小 n 时，它可以包含最多 n 个元素。但是，如果显式初始化的元素少于 n 个，则其余未初始化元素的行为取决于数组的存储类型。让我们看下面的例子。

例如

在这种情况下，尽管数组 `arr` 的容量为 5，但只有三个元素 3、6 和 9 被显式赋值。在这种情况下，如果数组是局部变量（自动存储），未初始化的数组元素将包含分配时内存中的垃圾值。

示例

让我们举一个例子来说明带有空元素的 C++ 数组。

示例

#include <iostream>

int main() {
    const int size = 4;
    int arr[size]; // Declaration without initialization

    // Displaying uninitialized elements
    std::cout << "Uninitialized array elements:\\n";
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        std::cout << "arr[" << i << "]: " << arr[i] << std::endl;
    }

    return 0;
}

编译并运行

输出

Uninitialized array elements:
arr[0]: -201085088
arr[1]: 32765
arr[2]: -1660869745
arr[3]: 29498

在 C++ 中从用户那里获取输入并将其存储在数组中

由于数组是存储在连续内存位置的相同数据类型的元素集合，因此可以使用其索引检索数组的每个元素。在 C++ 中，在数组首先以固定大小形成后，通常使用循环从用户那里获取值。它允许数组存储用户输入的数组。

示例

让我们举一个 C++ 示例，说明如何从用户那里获取输入并将其存储在数组中。

示例

#include <iostream>
using namespace std;
int main() 
{
    // Define array size
    const int DATA_LIMIT = 5;
    int recordList[DATA_LIMIT];
    cout << "Enter " << DATA_LIMIT << " values: " << endl;
    // Loop to take input and store values in the array
    for (int q=0; q < DATA_LIMIT; q++)
    {
        cout << "Provide input for position " << q + 1 << ": ";
        cin >> recordList[q];
    }
    cout << "\nStored elements in the array are:\n";
    // Loop to display stored values with their corresponding positions
    for (int track_index = 0; track_index < DATA_LIMIT; track_index++) 
    {
        cout << "Element at index " << track_index << ": " << recordList[track_index] << endl;
    }
    return 0;
}

编译并运行

输出

Enter 5 values: 
Provide input for position 1: 36
Provide input for position 2: 48
Provide input for position 3: 24
Provide input for position 4: 17
Provide input for position 5: 55
Stored elements in the array are:
Element at index 0: 36
Element at index 1: 48
Element at index 2: 24
Element at index 3: 17
Element at index 4: 55

说明

在此示例中，程序要求用户将五个值输入到具有预定大小 DATA_LIMIT (5) 的整数数组 `recordList` 中。之后，使用 `for` 循环将数据存储在数组中。

然后，在再次遍历数组后，显示存储的值及其对应的索引。该程序有效地演示了 C++ 中数组的存储、检索和用户输入处理。

使用 sizeof() 运算符查找 C++ 中数组的大小

在 C++ 中，我们可以使用 `sizeof` 运算符来查找数组的大小。此运算符以字节为单位返回对象使用的总内存量。

在 C++ 中查找数组大小的步骤

使用 `sizeof(arrayName)` 函数确定整个数组占用的总内存大小（以字节为单位）。
查找单个元素的大小： 使用 `sizeof(arrayName[0])` 函数查看数组中单个元素包含多少内存。由于所有元素都是相同类型，因此它们的大小都相同。
确定元素总数： 单个元素的大小除以内存的总大小

`sizeof()` 运算符不能与动态分配的数组或指针一起使用。它仅适用于静态声明的数组。

示例

让我们举一个 C++ 示例，说明如何在 C++ 中使用 `sizeof()` 运算符查找数组的大小。

示例

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int arr[] = {33, 26, 46, 52, 16};  
    // Declaring an array with 5 elements.
    // Calculating size of an array
    int total_Size = sizeof(arr); 
    // Total memory occupied by the array in bytes.
    int singleElement_Size = sizeof(arr[0]);  
    // Memory occupied by single element.
    int array_Length = total_Size / singleElement_Size;  
    // Total umber of elements.
    // Displaying the size in bytes.
    cout << "Total memory occupied by an array: " << total_Size << " bytes" << endl;
    cout << "The size of single element: " << singleElement_Size << " bytes" << endl;
cout << "The total number of elements in the array: " << array_Length << endl;
    return 0;
}

编译并运行

输出

Total memory occupied by an array: 20 bytes
The size of single element: 4 bytes
The total number of elements in the array: 5

说明

在此示例中，使用 `sizeof()` 运算符来确定数组使用的内存总量和元素数量。首先，使用 `sizeof(arr[0])` 运算符获取单个元素的内存大小，并使用 `sizeof(arr)` 来确定数组使用的总内存。

它通过将总大小除以一个元素的大小来精确计算数组长度。最后，它通过显示数组长度、每个元素使用的内存以及总内存利用率，确保了一种有效的数组大小分析方法。

C++ 数组类型

C++ 编程中主要有两种类型的数组

一维数组
多维数组

C++ 一维数组

一维数组是在连续内存块中存储的相同数据类型元素的集合。它是最简单的数组类型之一，易于声明和实现。

语法

它具有以下语法：

让我们举一个例子来说明 C++ 中的一维数组。

示例

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // Declaration and initialization of an array
    int arr[4] = {15, 18, 25, 32};

    // Accessing elements of the array
    cout << "Element at index 2: " << arr[2] << endl;

    // Modifying elements of the array
    arr[1] = 50;
    cout << "Change element at index 1: " << arr[1] << endl;

    // Calculating the sum of all elements
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        sum += arr[i];
    }
    cout << "Sum of all elements: " << sum << endl;

    return 0;
}

编译并运行

输出

Element at index 2: 25
Change element at index 1: 50
Sum of all elements: 122

C++ 数组示例：使用 foreach 循环遍历

在 C++ 中，我们也可以使用 foreach 循环遍历数组元素。它一次返回一个数组元素。

示例

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
 int arr[5]={10, 0, 20, 0, 30}; //creating and initializing array  
        //traversing array  
       for (int i: arr)   
        {  
            cout<<i<<"\n";  
        }  
}

编译并运行

输出

C++ 中的多维数组

多维数组是一种包含一个以上数组作为其元素的数组。它是一组项，其中每个元素都使用多个索引进行访问。

语法

它具有以下语法：

这里，`a1`、`a2` 和 `an` 定义了每个数组的大小。

让我们举一个例子来说明 C++ 中的多维数组。

示例

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    // Declare a 2D array (3 rows, 3 columns)
    int matrix[3][3] = {
        {4, 3, 2},
        {6, 1, 5},
        {9, 7, 8}
    };

    // Display the 2D array
    cout << "Matrix elements are:\n";
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
           cout << matrix[i][j] << " ";
        }
        cout << endl;
    }

    return 0;
}

编译并运行

输出

Matrix elements are:
4 3 2 
6 1 5 
9 7 8

如何显示数组元素的总和和平均值？

在这里，我们以 C++ 中的一个示例来查找数组元素的总和和平均值。

示例

#include <iostream>  
using namespace std;  
int main() {  
// initialize an array without specifying the size  
double numbers[] = {7, 5, 6, 12, 35, 27};  
double sum = 0;  
double count = 0;  
double average;  
cout << "The numbers are: ";  
 //  print array elements  
 // use of range-based for loop  
 for (const double &n : numbers) {  
  cout << n << "  ";  
//  calculate the sum  
sum += n;  
// count the no. of array elements  
++count;  
  }  
// print the sum  
cout << "\nTheir Sum = " << sum << endl;  
// find the average  
average = sum / count;  
cout << "Their Average = " << average << endl;  
  
  return 0;  
} 

编译并运行

输出

The numbers are: 7 5 6 12 35 27
Their Sum = 92
Their Average = 15.3333

如何显示数组元素？

在这里，我们以 C++ 中的一个示例来显示数组元素。

示例

#include <iostream>  
using namespace std;  
int main() {  
int numbers[5] = {7, 5, 6, 12, 35};  
cout << "The numbers are: ";  
//  Printing array elements  
// using range-based for loop  
for (const int &n : numbers) {  
cout << n << "  ";  
}  
cout << "\nThe numbers are: ";  
//  Printing array elements  
// using traditional for loop  
for (int i = 0; i < 5; ++i) {  
cout << numbers[i] << "  ";  
}  
return 0;  
}   

编译并运行

输出

The numbers are: 7 5 6 12 35
The numbers are: 7 5 6 12 35

C++ 数组的优点

C++ 数组的几个优点如下

1. 代码优化

数组使我们能够将多个值存储在单个变量中，从而减少了对多个独立变量的需求。

2. 随机访问

可以通过索引访问数组元素，这使得元素检索非常快速。

3. 易于遍历数据

在 C++ 中，可以使用循环非常有效地遍历数组。

4. 易于操作数据

在 C++ 数组中，可以轻松地更新、插入或删除元素。

5. 易于排序数据

可以通过几种内置函数（如 `std::sort`、`qsort` 等）轻松地对数组进行排序。

C++ 数组的缺点

C++ 数组的几个缺点如下

1. 固定大小

数组大小是固定的，这意味着一旦确定了大小，就无法对其进行修改。

2. 内存浪费

如果数组的大小很大但未完全利用，则会浪费内存。

3. 缺乏灵活性

数组大小是静态的，无法动态调整大小。当声明数组大小时，其大小在程序的整个生命周期内保持不变。

C++ 数组选择题

1. 在 C++ 中应如何声明一个大小为 5 的整数数组？

int arr[5];
array<int, 5> arr;
int arr = {5};
int arr(5);

答案：a) int arr[5];

2. 如果数组被指定为 `int arr[10]`，那么其最后一个元素的索引是多少？

9
10
11
未定义

答案：a) 9

3. C++ 数组的元素是如何存储在内存中的？

连续地
随机地
以链表格式
在单独的内存块中

答案：a) 连续地

4. 如果我们访问数组元素超出其边界，会发生什么？

编译时错误
自动调整大小
未定义行为
返回零

答案：c) 未定义行为

5. 哪个循环最常用于遍历 C++ 数组？

while 循环
do-while 循环
for 循环
switch 语句

答案：c) for 循环

下一个主题C++ 将数组传递给函数

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初始化 C++ 中的数组

1. 声明时初始化数组

2. 声明后赋值

访问 C++ 中的数组元素

示例

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示例

在 C++ 中从用户那里获取输入并将其存储在数组中

示例

使用 sizeof() 运算符查找 C++ 中数组的大小

在 C++ 中查找数组大小的步骤

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C++ 数组类型

C++ 一维数组

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C++ 数组示例：使用 foreach 循环遍历

示例

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