第5章 数组与字符串

想象一下你有一排整齐的储物柜，每个柜子都有编号，里面可以放东西。在C++里，数组就是这排储物柜，它让你能用一个名字管理多个同类型的变量。

5.1 一维数组：你的第一个数据集合

一维数组是最简单的形式，就像一条直线上的点。它的声明语法是：数据类型 数组名[元素个数];。

// 声明一个能存放5个整数的数组
int scores[5];

// 声明并初始化数组
int primes[5] = {2, 3, 5, 7, 11};

// 可以省略数组大小，编译器会自动计算
int morePrimes[] = {13, 17, 19, 23};

数组元素通过下标访问，下标从0开始。这意味着第一个元素是array[0]，最后一个元素是array[数组长度-1]。我在项目中踩过这个坑，一个新手工程师因为把scores[5]当成第五个成绩，导致程序访问了非法内存，直接崩溃。

5.2 数组在内存中如何排列

理解内存布局对调试和性能优化至关重要。数组元素在内存中是连续存储的。对于一个int arr[3] = {10, 20, 30};的数组，假设int占4字节，其内存布局如下：

这种连续存储的特性使得数组的访问速度极快，因为CPU缓存可以高效地预加载相邻数据。实际开发中，对于需要频繁遍历的固定大小数据集，我们首选数组。

5.3 字符数组与C风格字符串

在C++中，字符串最初是通过字符数组实现的，称为C风格字符串。它本质上是一个以空字符‘\0’（ASCII码为0）结尾的字符数组。

char greeting[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
// 更简洁的初始化方式（编译器会自动添加'\0'）
char greeting2[] = "Hello";

双引号“Hello”被称为字符串字面量。它会在内存中创建一个包含6个字符（5个字母+1个‘\0’）的常量数组。这里有个隐藏的坑：字符串字面量是不可修改的。尝试char* ptr = “Hello”; ptr[0] = ‘h’;会导致未定义行为（通常是程序崩溃）。

5.4 操作字符串：输入、输出与常用函数

对于C风格字符串，你不能直接用==比较，也不能用=直接赋值。必须使用C标准库中的函数。

#include 
#include  // 引入字符串操作函数
using namespace std;

int main() {
    char name[20];
    char copy[20];

    // 输入字符串（遇到空格会停止）
    cin >> name;
    // 输入带空格的字符串（更安全，指定最大长度）
    cin.getline(name, 20);

    // 复制字符串
    strcpy(copy, name);
    // 连接字符串
    strcat(name, "先生");
    // 获取字符串长度（不包括'\0'）
    int len = strlen(name);
    // 比较字符串（相等返回0）
    if (strcmp(name, copy) == 0) {
        cout << "字符串相同" << endl;
    }
    return 0;
}

5.5 二维数组：表格数据的管理者

二维数组可以看作一个矩阵或表格，它有两个维度：行和列。声明语法：数据类型 数组名[行数][列数];。

// 一个3行4列的整数表格（例如：3个学生，4门成绩）
int gradebook[3][4] = {
    {85, 90, 78, 92}, // 学生1的成绩
    {88, 76, 95, 80}, // 学生2的成绩
    {70, 82, 88, 75}  // 学生3的成绩
};

// 访问第2个学生（行索引1）的第3门成绩（列索引2）
int score = gradebook[1][2]; // score = 95

在内存中，二维数组仍然是按行连续存储的。上面的gradebook在内存中的排列顺序是：85, 90, 78, 92, 88, 76, 95, 80, 70, 82, 88, 75。理解这一点对性能优化很重要：按行顺序遍历（外层循环行，内层循环列）比按列顺序遍历更快，因为它符合内存的连续性，缓存命中率高。