《Linux C一站式编程》第八章 数组

1. 数组的基本概念

数组（Array）也是一种复合数据类型，它由一系列相同类型的元素（Element）组成。

int count[4];

和结构体成员类似，数组count的4个元素的存储空间也是相邻的。结构体成员可以是基本数据类型，也可以是复合数据类型，数组中的元素也是如此。根据组合规则，我们可以定义一个由4个结构体元素组成的数组：

struct complex_struct {

     double x, y;

} a[4];

struct {

     double x, y;

     int count[4];

} s;

使用数组下标不能超出数组的长度范围，这一点在使用变量做数组下标时尤其要注意。C编译器并不检查count[-1]或是count[100]这样的访问越界错误，编译时能顺利通过，所以属于运行时错误。但有时候这种错误很隐蔽，发生访问越界时程序可能并不会立即崩溃，而执行到后面某个正确的语句时却有可能突然崩溃（在第 4 节 “段错误”我们会看到这样的例子）。

（C语言的设计精神是：相信每个C程序员都是高手，不要阻止程序员去干他们需要干的事，高手们使用count[-1]这种技巧其实并不少见，不应该当作错误。）

数组也可以像结构体一样初始化，未赋初值的元素也是用0来初始化，例如：

int count[4] = { 3, 2, };

数组和结构体虽然有很多相似之处，但也有一个显著的不同：数组不能相互赋值或初始化。例如这样是错的：

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

int b[5] = a;

既然不能相互赋值，也就不能用数组类型作为函数的参数或返回值。

void foo(int a[5])

{

     ...

}

int array[5] = { 0 };

foo(array);

编译器也不会报错，但这样写并不是传一个数组类型参数的意思。对于数组类型有一条特殊规则：数组类型做右值使用时，自动转换成指向数组首元素的指针。所以上面的函数调用其实是传一个指针类型的参数，而不是数组类型的参数。这也解释了为什么数组类型不能相互赋值或初始化，例如上面提到的a = b这个表达式，a和b都是数组类型的变量，但是b做右值使用，自动转换成指针类型，而左边仍然是数组类型，所以编译器报的错是error: incompatible types in assignment。

习题

1、编写一个程序，定义两个类型和长度都相同的数组，将其中一个数组的所有元素拷贝给另一个。既然数组不能直接赋值，想想应该怎么实现。

答：

int main(void)
{
int array1[10] = { 3, 5, 1, 2, 2, 9, 1, 3, 4, 8 };
int array2[10];

int i;
for (i = 0; i < 10; i++) {
array2[i] = array1[i];
}

for (i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d, ", array2[i]);
}
return 0;
}

2. 3. 数组应用实例

调用C标准库得到的随机数其实是伪随机（Pseudorandom）数，是用数学公式算出来的确定的数，只不过这些数看起来很随机，并且从统计意义上也很接近均匀分布（Uniform Distribution）的随机数。C标准库中生成伪随机数的是rand函数，使用这个函数需要包含头文件stdlib.h，它没有参数，返回值是一个介于0和RAND_MAX之间的接近均匀分布的整数。RAND_MAX是该头文件中定义的一个常量，在不同的平台上有不同的取值，但可以肯定它是一个非常大的整数。

0~10的随机数：int x = rand() % 11;

把上面的程序运行几遍，你就会发现每次产生的随机数都是一样的，不仅如此，在别的计算机上运行该程序产生的随机数很可能也是这样的。这正说明了这些数是伪随机数，是用一套确定的公式基于某个初值算出来的，只要初值相同，随后的整个数列就都相同。实际应用中不可能使用每次都一样的随机数，例如开发一个麻将游戏，每次运行这个游戏摸到的牌不应该是一样的。因此，C标准库允许我们自己指定一个初值，然后在此基础上生成伪随机数，这个初值称为Seed，可以用srand函数指定Seed。通常我们通过别的途径得到一个不确定的数作为Seed，例如调用time函数得到当前系统时间距1970年1月1日00:00:00的秒数，然后传给srand：

srand(time(NULL);

然后再调用rand，得到的随机数就和刚才完全不同了。调用time函数需要包含头文件time.h，这里的NULL表示空指针。

习题

1、用rand函数生成[10, 20]之间的随机整数，表达式应该怎么写？

答：

1. 补完本节直方图程序的main函数，以可视化的形式打印直方图。

答：

int main(void)
{
gen_random(UPPER);

int i, histogram[UPPER] = {0};
for (i = 0; i < N; i++)
histogram[a[i]]++;

for (i = 0; i < UPPER; i++)
printf("%d\t", i);
printf("\n");
do {     // 实际上只可能循环N次，因此外层while循环可改为for 0-> N-1，变量breakLoop也可以省了
int breakLoop = 1;
for (i = 0; i < UPPER; i++) {
if (histogram[i] > 0) {
printf("%c\t", '*');
histogram[i]--;
breakLoop = 0;
} else {

                                printf("\t");

                        }
}
printf("\n");
if (breakLoop)
break;
} while (1);

return 0;
}

2、定义一个数组，编程打印它的全排列。比如定义：

#define N 3

int a[N] = { 1, 2, 3 };

则运行结果是：

     

$ ./a.out

1 2 3

1 3 2

2 1 3

2 3 1

3 2 1

3 1 2

最后再考虑第三个问题：如果要求从N个数中取M个数做组合而不是做排列，就不能用原来的递归过程了，想想组合的递归过程应该怎么描述，编程实现它。

答：

4. 字符串

字符串可以看作一个数组，它的每个元素是字符型的。

注意每个字符串末尾都有一个字符'\0'做结束符，这里的\0是ASCII码的八进制表示，也就是ASCII码为0的Null字符，在C语言中这种字符串也称为以零结尾的字符串（Null-terminated String）。数组元素可以通过数组名加下标的方式访问，而字符串字面值也可以像数组名一样使用，可以加下标访问其中的字符：

char c = "Hello, world.\n"[0];

编译错误，字符串字面值是只读的。

"Hello, world.\n"[0] = 'A';

char str[10] = "Hello";

相当于

char str[10] = { 'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0' };

最好让编译器自己计算：

char str[] = "Hello, world.\n";

printf("string: %s\n", str);

printf会从数组str的开头一直打印到Null字符为止，Null字符本身是Non-printable字符，不打印。

如果数组str中没有Null字符，那么printf函数就会访问数组越界，后果可能会很诡异：有时候打印出乱码，有时候看起来没错误，有时候引起程序崩溃。

5. 多维数组

int a[3][2] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

图 8.3. 多维数组

也可以：int a[][2] = { {1, 2} , {3, 4}, {5,} };

结构体数组

struct complex_struct {

     double x, y;

} a[4] = { [0].x = 8.0; };

结构体元素是数组

struct {

     double x, y;

     int count[4];

} s = { .count[2] = 9 };

多维字符串数组

char days[8][10] = { "", "Monday", "Tuesday" ... "Sunday" };

printf("%s\n", days[day]);

图 8.4. 多维字符数组

这个程序和例 4.1 “switch语句”的功能其实是一样的，但是代码简洁多了。简洁的代码不仅可读性强，而且维护成本也低，像例 4.1 “switch语句”那样一堆case、printf和break，如果漏写一个break就要出Bug。这个程序之所以简洁，是因为用数据代替了代码。具体来说，通过下标访问字符串组成的数组可以代替一堆case分支判断，这样就可以把每个case里重复的代码（printf调用）提取出来，从而又一次达到了“提取公因式”的效果。这种方法称为数据驱动的编程（Data-driven Programming），写代码最重要的是选择正确的数据结构来组织信息，设计控制流程和算法尚在其次，只要数据结构选择得正确，其它代码自然而然就变得容易理解和维护了，就像这里的printf自然而然就被提取出来了。

石头剪刀布游戏问题：

留给读者思考的问题是：(man - computer + 4) % 3 - 1这个神奇的表达式是如何比较出0、1、2这三个数字在“剪刀石头布”意义上的大小的？