P22 C++数组

前言

01 什么是数组

02 如何定义数组

2.1 那么如何设置和访问这些整数呢？

2.2 小心内存越界

2.3 for循环遍历数组

03 在堆上创建数组

前言

本期我们讨论 C++ 中的数组。

在我们开始讨论数组之前，要先理解指针是什么，因为指针基本上是 C++ 数组的工作方式的基础。

关于指针的博文P7 C++指针-CSDN博客

01 什么是数组

首先，什么是数组？

数组是元素的集合，是按特定的顺序排列的一堆东西。

在我们的下面的例子中，C++ 数组就是一堆的变量组成的集合，一般是一行相同类型的变量。

数组如此重要和有用的原因，是我们经常想要表示一大堆数据的数据集合。

对于我们来说，创建一大堆变量是没有意义的，这些数据应该放在一个数据集中，因为变量需要手动创建。

想象一下，我们需要在代码中指定变量并给它们命名，然而有时候我们只是想要能够存储 50 个整数代表某种数据，我们不想去详细说明整数1号，整数2号......，一直到整数50号。这太恐怖了，根本不可行，无法维护。要设置所有这些变量都等于0，你要写50行代码，然后手工将这些变量设置为0，处理这么多变量真的很麻烦。

在这种情况下，我们想做的是使用一个数组来包含所有的50个相同类型的元素，这样这些整数处理起来就轻松多了。

记住，数组就像在一个变量中有多个变量，我们给数组起一个名字，通过这个名字，我们可以创建数组，然后引用尽可能多的变量。

让我们在代码中看一下。

02 如何定义数组

定义数组非常的简单，假设我想要一个5个整数的数组。

#include <iostream>

int main()
{
    int arr[5];
    return 0;
}

写上想要的数组类型，然后给他一个名字叫做 arr，然后在中括号里放入我们想要引用的变量数量。

现在我们有一个有5个整数的数组，而且分配了足够的空间来存储5个整数。

2.1 那么如何设置和访问这些整数呢？

其实和C语言是一样的

可以写数组的名字，然后在方括号内写上 index（索引）。

索引用于在数组中指向一个变量或者元素。

第一个元素要写上0，因为在 C++ 中下标是从0开始的

#include <iostream>

int main()
{
    int arr[5];
    arr[0] = 0;   //设置变量
    arr[4] = 4;
    std::cout << arr[0] << std::endl; //访问变量
    std::cout << arr[4] << std::endl;
    return 0;
}

我们可以把索引设置成任何整数，因为它只是一个整数，example 是一个整型数组，当我们在一个特定的索引上访问这些元素之一时，我们得到这个元素的类型就是数组的类型。

你可能会注意到第一个索引是0，这意味着，最后一个索引应该是4而不是5。我们把最后一个设置4，其他的元素先不设置。

如果想打印某个变量，我们只需要指明索引就可以了，而如果你想打印这个数组，你需要打印这个数组的地址，它实际上是一个指针类型。当你索引数组中的元素时，你会得到底层的数据类型。

当然，我可以创建一个新变量，然后将数组中的值复制给这个变量，你可以看到这里的数据类型只是一个普通的 int 类型。

2.2 小心内存越界

如果我试图访问一个索引，但是这个索引不在数组里面，例如访问 -1 或 5，我们称之为 Memory access violation （内存访问违规）。我在试图访问不属于我的内存。

在 debug 模式下，你会得到一个程序崩溃的错误消息。然而，如果在 release 模式下，你可能不会得到报错信息。

这意味着你已经写入了不属于你的内存。你要注意你是在数组的边界内写东西，这一点非常重要，因为如果你没有这样做，它会导致一些很难调试的问题，因为你刚刚修改了内存，这些内存不是这个数组的一部分，而是有可能是源代码中另一个变量的某一部分，你只是在没有意识的情况下，将代码中的其他变量改掉了，所以你要尽可能设置安全检查，确保你写的东西你没有超出界限。

2.3 for循环遍历数组

P5 C++循环（for，while）-CSDN博客

数组经常与 for 循环一起出现。因为 for 循环可以通过索引在一个特定的范围内来遍历。

如果我们想设置 arr数组中的每一个值，可以通过 for 循环实现，如果没有 for 循环，我们需要一个一个使用所有索引，并手动赋值。而通过创建一个 for 循环，遍历数组的整个长度，就很方便了。

当然，上面例子中的 for 循环的循环条件也可以写成 i <= 4，不过基本没有人会这样写，这涉及到性能问题，因为你在做小于以及等于的比较，所以它必须做等于比较，而不仅是做小于比较，耗费的时间较多。

我们在5行打个断点，Debug调试一下，看看内存中是什么样子的。

如果还不知知道怎么调试或者安装环境，可以看我主页的博文

Ubuntu 1.84.2Visual Studio Code 下载配置与vscode查看内存Hex Editor插件，简单易懂-CSDN博客

ubuntu linux C/C++环境搭建-CSDN博客

arr 实际上就是它自己的内存地址，因为 arr是一个整型指针

开始的时候都是很乱的数字，因为还未进行初始化，所以里面的内容都是未知的

当我循环两次过后，则i = 1的时候，我们看一下数组的内存情况

因为我的是Vs code，并不能直接看数组的地址，所以我定义了个指针，让指针指向arr数组

可以看到数组最重要的一点是，它是连续的存储数据，它们的数据放在了一排。

我给5个整数分配了内存空间，这意味着我将它们一个接一个放进内存中。在内存中，每个整数是4个字节，所以在这里得到的是一行20字节的内存，他被分成几个4字节段（并不是真的分成了4字节段），当我们通过代码访问他时，可以理解为是被分段的。

在上面的内存视图中，我们可以看到5个2，每个占据4字节，因为它们是整型 int。

我们通过 arr[i] 来访问特定索引时，实际上是对这个内存取了一个偏移量，比如在索引2的地方，arr[2]，它会从数组的开头开始，增加8个字节（因为每个整数有4个字节），我们想要访问元素2，就是索引从0开始之后的第三个元素。

简单一句话总结，索引是2的元素，地址偏移是 每个元素的大小*2，如果我们给这个位置赋一个值，会将数据写入到它所在的这部分内存中。

以上就是数组的基本原理了，他们只是一个连续的数据块，你可以像索引一本书一样索引它们，然后写在特定的页面。

我们还可以在堆上（heap）创建一个数组。

03 在堆上创建数组

我们可以通过 new 关键字来创造一个对象（实例），同样，我们也可以通过使用 new 来创建一个数组。

#include <iostream>

int main()
{
    int arr[5];
    int *parr = new int[5];
    return 0;
}

我们在上面的代码中创建了另一个数组 parr，类型是 int*，括号里面是数组的大小。这个代码和之前的代码其实是一个意思，不过它们的生存期是不一样的。

第五行的数组是在栈上创建的，程序运行到最后花括号时它会被销毁，因为跳出了作用域范围。

第六行的数组是在堆上创建的，这个直到我们程序把它销毁之前，它都是处于活动状态，所以你需要用 delete 关键字来删除，因为这是一个数组，我们在这里使用数组的操作符 [ ] 来分配内存，所以我们使用了带方括号的 new 关键字。对应的，我们也需要使用 [ ] 删除它。

    delete[] parr;

继续修改一下程序。

#include <iostream>

int main()
{
    int *parr = new int[5];
    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
        parr[i] = 2;
    }
    delete[] parr;
    return 0;
}

我们使用循环赋值，将数组的值都等于2。

打个断点来调试一下。