第12章数组基础

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第12章：数组基础——一维数组的定义、初始化、访问，数组的越界问题

数组这东西，说白了就是一块连续的内存空间，里面存了一堆相同类型的数据。我刚开始学C语言时，觉得数组不就是个列表嘛，有啥好讲的？直到后来在项目中踩了越界的坑，才明白这玩意儿看似简单，实则暗藏杀机。

12.1 一维数组的定义

定义数组的语法很简单：

类型 数组名[元素个数];

举个例子：

int scores[10];      // 定义一个能存10个整数的数组
float prices[5];     // 定义一个能存5个浮点数的数组
char name[20];       // 定义一个能存20个字符的数组

这里有个关键点——数组的大小必须是常量。C99之前，你不能写成 int n = 10; int arr[n];，这叫变长数组（VLA），虽然C99支持了，但很多嵌入式编译器压根不认。我个人习惯在嵌入式开发中一律用宏定义：

#define MAX_STUDENTS 50
int student_ids[MAX_STUDENTS];

这样改起来方便，代码也清晰。

12.2 数组的初始化

数组初始化有好几种玩法，我一个个说。

12.2.1 完全初始化

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

把5个元素全给填上，明明白白。

12.2.2 部分初始化

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

只给了前两个值，剩下的怎么办？C语言规定：未显式初始化的元素自动赋值为0。所以上面这个数组实际上是 {1, 2, 0, 0, 0}。

小技巧： 如果你想快速把整个数组清零，可以写成 int arr[100] = {0};。第一个元素赋0，剩下的自动补0，省事。

12.2.3 不指定大小的初始化

int arr[] = {10, 20, 30, 40};

编译器会自动数一下，知道你有4个元素，所以数组大小就是4。我在项目中经常用这种方式，尤其是定义查表用的常量数组时：

const int days_in_month[] = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};

这样加月份也不用改大小，编译器帮你算。

12.3 数组的访问

数组通过下标访问，下标从0开始。比如：

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
printf("%d\n", arr[0]);  // 输出10
printf("%d\n", arr[2]);  // 输出30
arr[4] = 99;             // 把最后一个元素改成99

这里有个容易混淆的点——arr[0]是第一个元素，arr[4]是第五个元素。你想想看，定义时写的是 int arr[5]，但能访问的下标范围是0到4，不是1到5。我见过不少新手在这上面栽跟头。

12.4 数组的越界问题

好，重点来了。数组越界，可以说是C语言里最臭名昭著的坑之一。

警告： C语言不会检查数组下标是否越界！你写 arr[10] 编译器不会报错，但运行时可能直接崩掉。

为什么会这样？因为C语言追求效率，运行时检查下标会拖慢速度。所以它把责任交给了程序员——你自己管好自己。

越界访问会发生什么？

读取越界： 拿到的是那块内存上的垃圾值，可能是别的变量，可能是函数返回地址，鬼知道是什么。
写入越界： 更危险。你改写了别人的内存，可能把别的变量值改了，可能把函数指针改了，程序行为变得诡异。

我曾经在一个项目中遇到过这样的bug：一个嵌入式设备偶尔死机，查了三天，最后发现是数组越界把任务栈给踩了。从那以后，我写循环遍历数组时，一定会用 sizeof 算好边界：

int arr[100];
for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++) {
    arr[i] = i * 2;
}

sizeof(arr) 是整个数组占的字节数，sizeof(arr[0]) 是一个元素占的字节数，一除就是元素个数。这样就算以后改了数组大小，循环也不用改。

12.5 数组与指针的暧昧关系

数组名其实是个指针常量，指向数组的第一个元素。所以：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
printf("%p\n", arr);    // 打印数组首地址
printf("%d\n", *arr);   // 输出1，等价于 arr[0]
printf("%d\n", *(arr+2)); // 输出3，等价于 arr[2]

但注意，arr 是常量，你不能写 arr++。如果你需要移动指针，得另外定义一个指针变量：

int *p = arr;
p++;  // 合法，p指向arr[1]

嗯，这里要提醒一下：sizeof(arr) 和 sizeof(p) 的结果不一样。前者是整个数组的大小，后者只是一个指针的大小（通常是4或8字节）。

12.6 知识体系图

下面这张图把本章的核心内容串起来了：

12.7 避坑指南

最后，我把自己这些年踩过的坑总结一下：

我曾经... 在写一个通信协议解析函数时，用 for (i = 0; i <= N; i++) 遍历数组，结果多了一次越界写入，把紧挨着的校验和变量给改了。整整排查了两天，最后发现是 <= 写成了 <。从那以后，我写循环一律用 <，绝不偷懒。

还有几个要点：

函数传参时数组会退化为指针，所以在函数内部用 sizeof(arr) 拿不到数组大小，只能拿到指针大小。这时候必须把长度也传进去。
不要用变量做数组大小（除非你的编译器支持VLA且你确认需要），否则移植性很差。
字符串数组记得留一个位置给 '\0'，比如存"hello"需要 char str[6]，不是5。

数组是C语言的基石，用好了事半功倍，用不好就是定时炸弹。多写、多练、多注意边界，慢慢就形成肌肉记忆了。

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