深入详解C语言数组：承上启下——从C语言数组基础到数据结构衔接
🔥个人主页：艾莉丝努力练剑
❄专栏传送门：《C语言》、《数据结构与算法》、C语言刷题12天IO强训、LeetCode代码强化刷题、洛谷刷题、C/C++基础知识知识强化补充、C/C++干货分享&学习过程记录
🍉学习方向：C/C++方向
⭐️人生格言：为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平
前言：数组是C语言中最基础也是最最重要的数据结构，理解其内存布局和操作特性是学习更复杂数据结构的基础。从一维数组到二维数组，再到变长数组，C语言提供了不同层次的数组支持。虽然数组有局限性，但其简单高效的特性和顺序存储的特点，使其在适合的场景下仍然是首选的数据组织方式。
目录
一、一维数组：最基础的数据容器
1.1 定义与初始化
1.2 内存布局
1.3 数组与指针的关系
二、二维数组：表格型数据存储
2.1 定义与初始化
2.2 内存布局
2.3 访问方式
三、变长数组（VLA）：C99引入的灵活特性
3.0 变长数组（VLA）到来前的C语言创建数组BeLike：
3.1 什么是变长数组（VLA）
3.2 变长数组（VLA）的代码演示
3.3 主要的注意事项
3.4 总结一下变长数组（VLA）
四、数组应用：二分查找算法
4.1 算法特性
4.2 代码演示
五、承上启下：衔接C语言数组与数据结构
5.1 顺序表（动态数组）
5.2 栈（数组实现，链表用的比较少）
5.3 顺序存储的二叉树
六、数组的局限性
C++的两个参考文档：
老朋友（非官方文档）：cplusplus
官方文档（同步更新）：cppreference
掌握数组：一维数组、二维数组、变长数组及简单的二分查找
一、一维数组：最基础的数据容器
一维数组概念：一维数组是C语言中最简单的数据结构，是一组相同类型元素的线性集合。
1.1 定义与初始化
关键点：
（1）数组长度必须是编译期常量（C99标准之前）；
（2）数组下标从0开始；
（3）数组名在大多数情况下代表数组首元素的地址。
代码演示：
// 定义方式：类型 数组名[元素个数];
int scores[5]; // 声明一个包含5个整数的数组// 初始化方式
int primes[5] = {2, 3, 5, 7, 11}; // 完全初始化
int evens[10] = {2, 4, 6}; // 部分初始化，剩余元素自动初始化为0
int arr[] = {1, 2, 3}; // 省略长度，编译器自动计算1.2 内存布局
内存布局：一维数组在内存中是连续存储的，每个元素占用相同大小的内存空间。
例如 int arr[3] 在32位系统（x86环境）中占用连续的12字节（3×4字节）。
1.3 数组与指针的关系
数组与指针关系的重要区别：
sizeof(arr) 返回整个数组的字节大小；
sizeof(p) 返回指针变量的大小（4个字节或8个字节）。
数组与指针的关系相关的代码演示：
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // 等价于 &arr[0]// 以下表达式等价
arr[2] == *(arr + 2) == *(p + 2) == p[2]二、二维数组：表格型数据存储
引言：二维数组可以看作是"数组的数组"，常用于表示矩阵或表格数据。
2.1 定义与初始化
初始化代码演示：
// 定义方式：类型 数组名[行数][列数];
int matrix[3][4]; // 3行4列的矩阵// 初始化方式
int grid[2][3] =
{{1, 2, 3}, // 第一行{4, 5, 6} // 第二行
};// 也可以连续初始化
int grid2[2][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};2.2 内存布局
内存布局：二维数组在内存中仍然是线性连续存储的，按行优先顺序排列。
比如 grid[2][3] 的内存布局为：
grid[0][0], grid[0][1], grid[0][2], grid[1][0], grid[1][1], grid[1][2]如下图所示：
2.3 访问方式
代码演示：
// 常规访问
int val = grid[1][2]; // 获取第2行第3列元素// 指针方式访问
int val = *(*(grid + 1) + 2); // 等价于grid[1][2]三、变长数组（VLA）：C99引入的灵活特性
3.0 变长数组（VLA）到来前的C语言创建数组BeLike：
在C99标准之前，C语言在创建数组的时候，数组大小的指定只能使用常量、常量表达式，或者如果我们初始化数据的话，可以省略数组大小。
这样的语法限制，让我们创建数组就不够灵活，有时候数组大了浪费空间，有时候数组又小了不够用的。 这样能爽吗？不爽！如此受限制，跟这群虫豸语法在一起，怎么能搞好数组呢？
3.1 什么是变长数组（VLA）
概念：变长数组（Variable Length Array）允许使用变量指定数组长度。
3.2 变长数组（VLA）的代码演示
代码演示：
int n;
printf("请输入数组大小：");
scanf("%d", &n);int vla[n]; // 变长数组3.3 主要的注意事项
这里我们应当注意以下几点：
1、VLA（变长数组）只能是局部变量，不能是全局变量或static变量；
2、VLA（变长数组）不能初始化；
3、内存分配在栈上，大数组可能导致栈溢出；
4、C11标准中VLA（变长数组）变为可选特性。
3.4 总结一下变长数组（VLA）
四、数组应用：二分查找算法
二分查找算法：二分查找是数组的经典应用，要求数组必须有序。
4.1 算法特性
二分查找算法的算法特性——
（1）时间复杂度：O(log n)；
（2）空间复杂度：O(1)；
（3）仅适用于有序数组。
4.2 代码演示
既然我们已经知道了二分查找算法的算法特性，就来通过一个实际的例子来感受一下二分查找吧！
int binary_search(int arr[], int size, int target)
{int left = 0;int right = size - 1;while (left <= right) {int mid = left + (right - left) / 2; // 防止溢出if (arr[mid] == target) {return mid;} else if (arr[mid] < target) {left = mid + 1;} else {right = mid - 1;}}return -1; // 未找到
}五、承上启下：衔接C语言数组与数据结构
5.1 顺序表（动态数组）
顺序表是数组的扩展，可以动态增长——
typedef struct {int *data; // 指向动态数组的指针int capacity; // 当前容量int size; // 当前元素数量
} SeqList;void init(SeqList *list, int cap) {list->data = (int *)malloc(cap * sizeof(int));list->capacity = cap;list->size = 0;
}void append(SeqList *list, int value) {if (list->size >= list->capacity) {// 扩容操作list->capacity *= 2;list->data = (int *)realloc(list->data, list->capacity * sizeof(int));}list->data[list->size++] = value;
}5.2 栈（数组实现，链表用的比较少）
栈的数组实现利用数组的尾部作为栈顶：
#define MAX_SIZE 100typedef struct {int data[MAX_SIZE];int top; // 栈顶指针
} ArrayStack;void push(ArrayStack *stack, int value) {if (stack->top < MAX_SIZE - 1) {stack->data[++stack->top] = value;}
}int pop(ArrayStack *stack) {if (stack->top >= 0) {return stack->data[stack->top--];}return -1; // 栈空
}5.3 顺序存储的二叉树
完全二叉树可以用数组顺序存储——
// 对于索引为i的节点：
// 父节点：(i-1)/2
// 左孩子：2*i + 1
// 右孩子：2*i + 2int tree[7] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}; // 表示一个完全二叉树六、数组的局限性
数组不可能是万能的，它主要存在以下几点不足——
（1）固定大小：传统数组大小在编译时确定（VLA【变长数组】除外）；
（2）插入删除效率低：平均需要移动O(n)个元素；
（3）内存浪费或不足：静态分配难以精确控制。
正是这些局限性促使我们学习更高级的一些数据结构，比如链表、树等。
往期回顾：
深入详解C语言的循环结构：while循环、do-while循环、for循环，结合实例，讲透C语言的循环结构
掌握数组：一维数组、二维数组、变长数组及简单的二分查找
结语：本文内容到这里就全部结束了，非常感谢大家的阅读！不要忘记给博主“一键四连”哦！