陣列與字串

前面介紹了不少一般的變數，但如果要規模化儲存，就需要依靠 陣列，其中的字元陣列擁有一些特別的性質，叫做 字串。

陣列

陣列宣告

陣列的使用圍繞著 中括號 []，有兩種主要宣告方式

• 寫明長度: int arr[10] 長度為 10 的陣列
• 寫明內容: int arr[]={0, 1, 2} 長度為 3 的陣列，根據大括號內的內容數量改變

初始化

陣列的初始化在很多場合都很重要。

1. 在定義時初始化: 從第 0 號元素開始一個一個寫入值，沒有特別註明的就是 0

   int arr[10] = {1, 2, 3};

2. for 迴圈: 自定義初始化方式

   for (int i = 0; i < 10; i++) {
       arr[i] = i; //0, 1, 2, 3, ... , 9
   }

3. 特別的初始化方式: 這個方法比較進階也比較少用，從 C99 開始支援

   // 等同 {0, 20, 0, 40}
   int arr[10] = {[3] = 40, [1] = 20};

陣列索引 (Array Index)

或許你剛才就已經發現了，陣列的元素是從第 0 個開始數的，這種 反人類 設計是有一些歷史因素的，但現在是多數程式語言的標準。

1. 陣列名：這區記憶體的「門牌號碼」
   宣告 int arr[5] 時，arr 這個名字在電腦眼裡，代表的就是這 5 個連續格子的第一個格子的位置，也是起點位置。

2. 索引 []：這是「偏移步數」
   可以把 arr[i] 的 i 理解為：「從起點開始，往後走幾步？」

   • arr[0]：從起點走 0 步 $\to$ 就是起點本人（第一個元素）。
   • arr[1]：從起點走 1 步 $\to$ 到達第二個元素。
   • arr[n]：從起點走 n 步。

歷史因素：為什麼說索引是「偏移量」？

在電腦底層，arr[i] 實際上被換算成： *(arr + i) 這代表「從 arr 這個地址開始，往後跳 i 個整數的大小，然後取出那裡的值」。

如果你從 1 開始數，電腦每次都要做 (i - 1) 的減法運算。對於早期每一秒運算都很珍貴的電腦來說，直接從 0 開始是最省力的做法。這也是為什麼 C 語言能保持極速的原因之一。

使用索引更改數據

在初始化後，陣列能且只能以索引來逐個修改數據。

int arr[3] = {1, 2, 3};
arr = {0, 1, 2}; // 不能夠直接寫整個陣列
for (int i = 0; i < 3; i++) arr[i] = i; // 標準做法

多維陣列

如果說前面的一維陣列只是一排座位，那二維陣列就是一個教室。在 C 中，維度可以很高 (我不確定具體限制)，但請不要折磨自己。

int classroom[3][5] = {
    {0, 1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8, 9},
}; // 3 排座位，每排 5 個人

進階: 偏移量細節

前面有說 classroom 是起點位置 (classroom[0][0])，但在記憶體上這些位置是相聯的一排，不是二維的型態，這時候第二個元素 (偏移量為一) 代表的是 classroom[0][1]，如果是第二排的首個元素 (classroom[1][0]) 偏移量就是 5 (一排的長度)。

我當初的考試內容中就有給兩個陣列位置與記憶體位置，求其他陣列元素所在的位置，需要考慮元素大小，指標位置差異等。

陣列作為參數

這是陣列最特殊的地方。當你把陣列傳進函數時，C 語言不會複製整個陣列（那太慢了），它只會把陣列的起點地址傳進去。

void func(int arr[]);
int arr[10];
func(arr);

對於二維陣列或更高維陣列，只有最前面的索引可以是空的

void func(int arr[][10][10]);
int arr[10][10][10];
func(arr);

由於傳遞的是陣列名稱，也就是記憶體位置，在函數中修改陣列的數值會影響到原本陣列。

在 C 語言實戰中，傳遞陣列時通常會額外傳一個長度參數，否則函數不知道什麼時候該停下來，這就是為什麼很多 C 函數長這樣： void process_data(int arr[], int size);

字串 (String)

字串在 C 語言中其實就是「字元陣列」，通常使用""包住 (char 使用 '')。但它有一個非常重要的約定：必須以 \0 (Null Character) 結尾。

char name[] = "hello";
// 6 個字元，最後藏了一個 \0

輸出字串

在前面章節有介紹輸出 string 使用的是 %s，這邊需要傳遞的是陣列名稱，如同在傳遞陣列參數一般。

char str[10];
printf("%s", str);

printf 怎麼知道哪裡結束？

當你把 str 交給 printf 時，它只拿到了「起點地址」。它會像個掃描器一樣，從起點開始一個一個字元印出來，直到撞見 \0 為止。 如果你手動把 \0 刪掉，printf 就會失控，繼續印出記憶體裡後方的垃圾數據，直到發生 Segfault（程式崩潰）或撞到另一個 \0。

輸入

與其他 scanf 傳遞的參數布一樣，由於陣列名稱本身就是記憶體位址，傳遞陣列名稱可以讓函數更改原本陣列內容，因此不需要額外加上 &。 如果這個字串太短讀不完內容，剩下一部份內容就會留在緩衝區下次 scanf 時讀取。

char str[10];
scanf("%s", str);

字串函數

在 C 的 string.h library 中，有很多方便的字串函數可以使用，如分割、尋找、長度等功能，如果有考試需求，請多看看這個函數庫的 functions。

特別提醒，請不要使用 == 比對兩個字串，請使用 strcmp(str1, str2) 比對，因為字串名稱代表的是他在記憶體的位置。