C語言程序設(shè)計(jì)中數(shù)組的有效運(yùn)用

周亞輝

摘要：隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，C語言因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)一直被廣泛應(yīng)用。數(shù)組是C語言中常用的數(shù)據(jù)類型之一，本文介紹了C語言在程序設(shè)計(jì)中數(shù)組的有效運(yùn)用，首先文章從數(shù)組的排序、插入、刪除和應(yīng)用四個(gè)方面介紹了數(shù)組的各類應(yīng)用和編程方法，然后介紹了數(shù)組和指針的關(guān)系，并以處理轉(zhuǎn)置矩陣為例介紹了數(shù)組和指針的聯(lián)合應(yīng)用是如何解決實(shí)際問題的。本文所做研究對(duì)C語言的數(shù)組的學(xué)習(xí)和應(yīng)用提供了一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：C語言;數(shù)組;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）35-0209-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

自1972年C語言作為一種獨(dú)立的面向過程的開發(fā)語言問世以來，一直作為適應(yīng)于底層開發(fā)的通用設(shè)計(jì)語言。因其編譯方式簡單，低級(jí)存儲(chǔ)器便可處理編譯工作，不需要任何其他編譯環(huán)境，且支持高校程序設(shè)計(jì)，多年來一直被廣大開發(fā)者熱衷[1]。其跨平臺(tái)輸出的特點(diǎn)，決定了C語言程序可在嵌入式處理器等平臺(tái)中被編譯和使用。與C++和JAVA等面向?qū)ο缶幊痰恼Z言不同，C語言的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)簡易編譯、適應(yīng)低級(jí)存儲(chǔ)器，高編譯效率[2]。

C語言主要的數(shù)據(jù)類型包括：整數(shù)型、字符型、實(shí)型、浮點(diǎn)型、枚舉型、數(shù)組類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型、指針類型和空類型。數(shù)組是一組有序的元素組合序列，為了方便計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[3]，把無序的元素按照一定的次序有序組織起來。從數(shù)據(jù)處理角度講，數(shù)組能夠方便解決各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理問題。元素是構(gòu)成數(shù)組的基本單位，不同元素通過順序號(hào)將其順序標(biāo)識(shí)。根據(jù)數(shù)組中元素的類型可以分為字符型數(shù)組、數(shù)值型數(shù)組、指針數(shù)組和結(jié)構(gòu)數(shù)組等[4]。

雖然C語言中數(shù)組類型定義比較簡單，但因其由于范圍廣，在進(jìn)行排序、字符串處理、計(jì)算函數(shù)處理等過程中，都離不開數(shù)組[5]。本文介紹C語言設(shè)計(jì)過程中，數(shù)組的有效運(yùn)用，對(duì)其在解決實(shí)際問題過程中的方法進(jìn)行總結(jié)。對(duì)于數(shù)組的應(yīng)用，首先要掌握其基本操作，如變量定義、賦值和使用。一般數(shù)組的應(yīng)用可以分為五大類：排序、插入、刪除、合并、查詢，還可來存儲(chǔ)大數(shù)據(jù)。

2 數(shù)組的應(yīng)用

2.1排序

排序是程序設(shè)計(jì)中最常見的一種算法，對(duì)于數(shù)組的排序也是C語言編程中的一類重要內(nèi)容，排序規(guī)則也是其他應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)。排序是將無規(guī)則的數(shù)據(jù)或者字符串等元素，按照固定規(guī)則和順序進(jìn)行大小排列，常見的排序防范有插入法排序、冒泡排序、交換排序法等，其中冒泡排序法是排序的最常用方式。針對(duì)a[0]-a[9]10個(gè)數(shù)字采用冒泡排序法進(jìn)行排序，應(yīng)用案例如下：

1）數(shù)組元素輸入;a[0]-a[9];

2）數(shù)組中相鄰元素兩兩比較，數(shù)值大者往前冒泡，數(shù)值小者往后冒泡;

3）第一輪比較結(jié)束后，用相同方式再進(jìn)行循環(huán)比較。若數(shù)組中元素個(gè)數(shù)有N個(gè)，則N-1輪便可將數(shù)組按照從大到小的順序排好。

若此排序要求，不按照冒泡等排序算法進(jìn)行而用常規(guī)變量解決，需定義10個(gè)變量，且無法再排序過程中借助循環(huán)法解決此問題。

2.2插入

針對(duì)已經(jīng)做好排序工作的數(shù)組，若要在數(shù)組中增加新元素，并且按照原有排序規(guī)則重新組合新數(shù)據(jù)，是常見的一類數(shù)組操作。數(shù)組插入元素的基本操作步驟如下。

比較待插入元素X和數(shù)組中末尾元素的大小，若末尾元素大于X，則將X直接插入至數(shù)組末尾，若末尾元素小于X，則一次比較a[0]-a[n-1]，直至a[i]>X是，將X插入a[i-1]之后，a[i]之前，同時(shí)將其后的元素逐一后移，增加其序號(hào)值。

在數(shù)組元素插入過程中，常見問題是會(huì)出現(xiàn)數(shù)組index越界問題，發(fā)生此類問題的主要原因在于數(shù)組在定義之初，未充分考慮元素插入問題，插入新元素后其容量比原有數(shù)組定義元素?cái)?shù)量數(shù)值大。還有常見問題是，當(dāng)出現(xiàn)比X大的數(shù)組元素時(shí)，未進(jìn)行中段操作，致使插入錯(cuò)誤。

2.3 刪除

數(shù)組刪除和數(shù)組插入類似。數(shù)組刪除分兩種情況，一類是未排序數(shù)組的元素刪除，一類是已排序數(shù)組的元素刪除。兩類數(shù)組元素的刪除邏輯相同，具體步驟如下：

1）在鍵盤中輸入數(shù)組中要?jiǎng)h除的元素;

2）所輸入元素在數(shù)組中是否存在，如果存在則執(zhí)行刪除操作，如果不存在則忽略此元素;

3）若數(shù)組本身是已排序數(shù)組，則在數(shù)組刪除元素位置進(jìn)行依次遞補(bǔ)，數(shù)組元素總數(shù)減1。

在刪除數(shù)組元素過程中，元素漏刪現(xiàn)象較多，一旦輸入元素在數(shù)組中連續(xù)出現(xiàn)時(shí)，為了保證刪除動(dòng)作正常進(jìn)行，應(yīng)該在程序中一次刪除多個(gè)元素。其程序邏輯圖如圖1所示。

2.4 合并

數(shù)組的合并是對(duì)兩個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)排序的數(shù)組重新合并后組成新數(shù)組的過程，合并完成后的數(shù)組仍然要有序。

2.5 查詢

常規(guī)的數(shù)組元素查詢方法一般是根據(jù)輸入元素從數(shù)組中每個(gè)元素逐一查找，直至查詢到元素為止，若數(shù)組中查找不到被查元素，則程序結(jié)束。此種查找方式查詢效率較低，假設(shè)數(shù)組中存在500個(gè)元素且被查元素在數(shù)組末尾，則需要進(jìn)行499次比較才能得到最終結(jié)果。按照概率計(jì)算，數(shù)組元素的搜索至少需要250次方可完成比較。折半法是常用的數(shù)組元素查找方法，其查找效率比正常查找效率高、速度快。例如存在數(shù)組，其元素?cái)?shù)量為9，分別為1，2，3，7，11，16，18，19，22，若輸入3，查找3是否在數(shù)組中，步驟如下：

1）首先找出數(shù)組中位置居中的數(shù)，由于數(shù)組已經(jīng)按照從小到大順序排序。中位數(shù)為11。

2）比較3和11的大小，若前者小于后者，則在全班段中（即a[1]-a[5]中）尋找與3相同的元素。

3）根據(jù)以上邏輯繼續(xù)在a[1]-a[5]中尋找，再次取中位數(shù)，a[3]，恰好a[3]=3，因此，通過兩步便得到了最終想要的結(jié)果。在查找效率上有了很大提升。若數(shù)組中數(shù)組元素的含量為int（log2n）+1。

3 數(shù)組與指針

數(shù)組和指針在C語言中是聯(lián)系最緊密的兩種數(shù)據(jù)類型，對(duì)于數(shù)組的處理，往往借助指針的手段實(shí)現(xiàn)。在具體程序設(shè)計(jì)中，數(shù)組和指針的關(guān)系很容易被混淆。具體來講，指針是用來存放具體變量之地址的變量。變量中保存了其他變量的地址，根據(jù)對(duì)變量地址的訪問間接實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的訪問。

3.1指針和一維數(shù)組

可借助數(shù)組元素的指針實(shí)現(xiàn)指針和一維數(shù)組的關(guān)聯(lián)，也就是通過定義數(shù)組元素的指針，并將其指向一維數(shù)組的第一個(gè)元素。假設(shè)p是已經(jīng)被定義的指向整形數(shù)組的指針，且已被賦值，使其指向數(shù)組元素的第一個(gè)元素，則p+1便指向數(shù)組的第二個(gè)元素。

3.2指針和多維數(shù)組

多維數(shù)組和指針的關(guān)系比較復(fù)雜，其使用方法也相對(duì)靈活，這樣在一定程度上增加了編程的復(fù)雜性。本文以二維數(shù)組為例，介紹指針和其關(guān)系。首先定義int b[3][4] = {{0，2，4，6}，{1，3，5，7}，{7，8，10，11}}，由于二維數(shù)組是指由兩個(gè)一維數(shù)組組合而成的，a數(shù)組含有3個(gè)行和4個(gè)列，其三個(gè)行可以分別表示為a[0]，a[1]，a[2]，每個(gè)一維數(shù)組又含有4個(gè)子元素。另外，二維數(shù)組在存儲(chǔ)過程中是按照行的主順序方法占據(jù)一連串存儲(chǔ)空間的，因此C語言通過建立二維數(shù)組和指針的關(guān)系，除使用指針指向數(shù)組元素外，還可采用數(shù)組指針和指針數(shù)組兩種方式。

（1）數(shù)組的指針。數(shù)組的指針可以是一個(gè)指向多維或者一維的指針，定義數(shù)組指針后，可以對(duì)其復(fù)制，并以此在數(shù)組和指針之間建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如int（*）p[4]=a，定義了p為數(shù)組指針，并將其賦值為數(shù)組a。

（2）指針數(shù)組。數(shù)組的元素可以為整數(shù)，也可以為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)或字符類數(shù)據(jù)。故數(shù)組的元素種類可以是多種多樣的，因此數(shù)組的元素類型也可以為指針類型。例如定義int*p[3] = {b[0]，b[1]，b[2]}，此種形式表示定義了包含有3個(gè)整數(shù)型指針的數(shù)組。

具體應(yīng)用過程中，為了不斷優(yōu)化C語言的程序，進(jìn)而提升程序的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，在程序中會(huì)充分利用數(shù)組和指針的關(guān)系，借助指針實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)組元素的間接訪問。例如通過C語言編程的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)4*4矩陣的轉(zhuǎn)置操作等。在C語言中可借助二維數(shù)組實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣的存儲(chǔ)，并可采用相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)矩陣的轉(zhuǎn)置。使用指針實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)組元素的引用首先需要將數(shù)組和指針之間建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系。具體程序?qū)崿F(xiàn)如下所示：

#include

void main（）{

void move（int（*q）[3];//對(duì)move函數(shù)進(jìn)行定義，并聲明其參數(shù)類型為數(shù)組指針

int i，a[3][3] = {1，2，3，4，5，6，7，8，9};

int （*p）[3] = a;//定義數(shù)組類型的指針

move （p）;

for（int i=0;i<3;i++）//將轉(zhuǎn)至矩陣輸出

printf（“%d %d %d＼n”，a[i][0]，a[i][1]，a[i][2]）;

}

void move （int （*q）[3]）

{

int j，k，n;

for（j=0;j<3;j++）{

for（k=0;k<3;k++）{

n = *（*（q+j）+k）;

*（*（q+j）+k） = *（*q+k）+j）;

*（*q+k）+j） = n;

}

}

}

綜上所述，move函數(shù)主要是通過變量n實(shí)現(xiàn)矩陣中對(duì)角線元素的兩兩置換，這種置換方式是C語言中經(jīng)常使用的編程方法，如數(shù)組排序中也經(jīng)常被使用。因篇幅限制，move函數(shù)的具?體實(shí)現(xiàn)方式不再贅述。指針和數(shù)組是C語言學(xué)習(xí)過程的重中之重，也是C語言學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)之一，若不能充分理解數(shù)組和指針的相互關(guān)系，便無法充分借助C語言便利的編程方法解決實(shí)際問題，C語言的實(shí)際效能便大打折扣。

4 結(jié)論

隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類芯片被不斷開發(fā)出來，隨之嵌入式應(yīng)用也越來越被廣泛應(yīng)用，C語言作為開發(fā)的最基礎(chǔ)類語言，引起具有開發(fā)簡便、編譯速度快、入門快且對(duì)編譯器的存儲(chǔ)能力要求不高等問題，也越來越被受到重視。

數(shù)組作為C語言中應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)類型之一，和鏈表、指針等關(guān)系緊密，因其具有數(shù)據(jù)規(guī)律性存儲(chǔ)的特點(diǎn)，其在編程中時(shí)長被用到。本文總結(jié)了C語言數(shù)組的各類數(shù)據(jù)處理方式和C語言中數(shù)組和指針的關(guān)系，介紹了數(shù)組和指針的關(guān)系，為C語言學(xué)習(xí)過程中數(shù)組的應(yīng)用提供了借鑒和指導(dǎo)意義。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】