C++ 学习之六、复合类型之数组

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C++ 复合类型之数组笔记。

数组简介

数组（array）是一种数据格式，能够存储多个同类型的值。

数组的声明

声明数组的通用格式如下：

typeName arrayName[arraySize]

Tips: arraySize 指定元素数目，它必须是整型常数（如 10 ）或 const 值，也可以是常量表达式（如 8*sizeof( int )），即其中所有的值在编译时都是已知的。具体地说，arraySize 不能是变量。后面将介绍使用 new 运算符来避开这种限制。

数组与类型是强关联的，如 float f[20]，f 的类型不是“数组”，而是“float 数组”。

数组的初始化

函数中未初始化的数组的元素值是不确定的，这意味着元素的值为以前驻留在该内存单元中的值。只有在定义数组时才能初始化，此后就不能重新初始化了，不能将一个数组赋给另一个数组

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int cards[4] = {3, 6, 8, 10};   // 数组列表初始化
int hand[4];    // 数组声明
hand[4] = {5, 6, 7, 8};  // 非法，只能在上面声明的时候直接初始化，现在的 hand[4] 表示第 5 个元素
hand = cards;   // 非法，不能将一个数组赋给另一个

几种初始化方式：

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float n_float[3] = {0.1, 0.555, 6.8};   // 列表初始化，可列出所有元素
long n_long[10] = {5, 7};   // 只列出一部分元素，编译器将把其它元素设置为 0
short n_short[] = {1, 2, 3, 4, 5};  // 如果 [] 内元素个数为空，C++ 编译器将根据初始化内容来计算元素个数，这里为有 5 个元素，通常这种做法在初始化非 char 数组时不可取，因为不利于排错
double n_double[3]{1.2e12, 1.3e5, 5.9e9};   // C++11 方式，可省略等号
int n_int[8] = {};  // C++11 方式，大括号内不包含任何内容，将把所有元素初始化为 0，同上等号也可以省略

Tips: 上述所有列表初始化同其它列表初始化一样，禁止缩窄操作。

特殊的数组 —— 字符串

C 风格字符串

char 数组中存储多个 char 类型的值，其中有一种特殊情况，如果 char 数组最后一个元素为 \0，即以空字符结尾，这时这个数组就是一个字符串，可以看出，字符串是一种特殊的 char 数组。

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char c_array[5] = {'z', 'h', 'o', 'u', 'x'};    // char 数组
char c_string[5] = {'z', 'h', 'o', 'u', '\0'};  // 字符串
char c_string[5] = "zhou";  // 一种更好的初始化字符串的方法，用双引号括起的字符串隐式地包含结尾的空字符，所以元素个数要比双引号的字符个数多 1 个
char c_string[] = "zhou";   // 初始化字符串时，不写元素个数更方便
char c_string[] = {"zhou"}; // 列表初始化方式

空字符 '\0' 对 C 风格字符串有着至关重要的意义。如 cout 打印字符串时，它将逐个打印字符直到遇到空字符才停止。

C 风格字符串特点 —— 拼接字面值

有时候字符串很长，无法放到一行中。C++ 允许拼接字符串字面值，即将两个用引号括起的字符串合并为一个。任何两个由空白（空格、制表符和换行符）分隔的字符串常量将自动拼接成一个，如以下两句意义相同。

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cout << "This is a" " string";  // 将自动拼接为 "This is a string"
cout << "This is a string";

Tips: 拼接时，前一个字符串末尾的 '\0' 将被后一个字符串中的第一个字符代替，两者之间不会自动加上空白。

数组中使用字符串

在数组中使用字符串，最常用的有两种方法——将数组初始化为字符串、将键盘或文件输入读入到数组中。

数组初始化为字符串前面已详细介绍。

而字符串输入，有以下几种方式：

  • cin>> 输入方式。cin>> 使用空白（空格、制表符和换行符）来确定字符串的结束位置，cin>> 从缓冲区中读取数据，若缓冲区中第一个字符是空白，cin>> 会将其忽略并清除继续读取下一个字符，若缓冲区为空，则继续等待。cin>> 获取字符数组输入时只读取一个单词，读取该单词后，cin>> 将该字符放到数组中，并自动在结尾添加空字符。cin>> 会将结尾的空白保留在输入序列中。
  • cin cin.getline(char *, int)。读取一行输入，直到到达换行符，丢弃换行符。它将使用空字符来替换换行符。
  • cin cin.get(char *, int)。读取一行输入，直到到达换行符，将换行符保留在输入序列中。

Tips: strlen() 用于计算可见的字符数量。

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// CinInputArray.cpp 通过控制台输入姓名，年龄，身高，体重，判断是否肥胖
#include <iostream>
#include <cstring>  // 含有 strlen() 函数原型
using namespace std;
void bMICal(float, float);  // 函数原型，注意 void 也要表示出来

int main()
{
    const int nameSize = 20;
    char name[nameSize] = {};
    int age;
    float weight, height;
    cout << "What is your name? ";
    // 或者使用 cin.getline(name, nameSize); 此时换行符会被丢弃，无需处理
    cin.get(name, nameSize).get();  //cin.get(name, nameSize) 读入 name，返回 cin 对象，再使用 get() 处理掉换行符
    cout << "How old are you? ";
    cin >> age;
    cout << "Please input your weight kg: ";
    cin >> weight;
    cout << "Please input your height m: ";
    cin >> height;
    cout << name << " is " << age << " years old!" << endl;
    cout << "You are " << weight << "kg" << " and " << height << "m" << endl;
    bMICal(weight, height);
    return 0;
}

void bMICal(float weight, float height)
{
    float bmi = weight / (height * height);
    cout << "Your BMI is " << bmi << endl;
    if (bmi < 18.5)
    {
        cout << "体重过低！";
    }
    else if (bmi >= 18.5 && bmi <= 23.9)
    {
        cout << "体重正常！";
    }
    else if (bmi >= 24.0 && bmi <= 27.9)
    {
        cout << "超重！";
    }
    else if (bmi >= 28)
    {
        cout << "肥胖！";
    }
    cout << endl;
}

读取空行和其他问题

当 getline(char *, int) 或 get(char*, int) 读取空行时，将发生什么情况？当前的做法是，当 get(char*, int)（不是 getline(char*, int)）读取空行后将设置失效位（failbit）。接下来的输入将被阻断，但可以用下面的命令来恢复输入：

cin.clear();

另一个问题是，输入字符串可能比分配的空间长。如果输入行包含的字符数比指定的多，则 void getline(char*, int) 和 void get(char*, int) 将把余下的字符留在输入队列中，而 void getline(char*, int) 还会设置失效位，并关闭后面的输入。将在后面章节讨论。

C++ string 类

ISO/ANSI C++98 标准通过添加 string 类扩展了 C++ 库，只需要包含头文件 string。string 类位于名称空间 std 中，因此需要提供一条 using 编译指令。

string 字符串初始化

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string str1 = "This is a string!";  // C-风格字符串初始化方式
string str2 = {"This is a string!"};    // 列表初始化方式

string 特性

  • 不同于 C-风格字符串只能使用 strcpy() 函数将一个字符串复制给另一个，string 直接可将一个 string 赋给另一个。

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    string str1 = "This";   // string 对象将根据字符串的长度自动调整自己的大小
    string str2;    // 未初始化的 string 对象长度为0
    str2 = str1;    // 语法正确

  • string 类简化了字符串合并操作。

    传统 C-风格字符串使用 strcat() 函数拼接字符串，string 字符串，可以使用运算符 + 将两个 string 对象合并起来，还可以使用 += 将字符串附加到 string 对象的末尾。

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    string str3;
    str3 = str1 + str2; // str3 为 str1 和 str2 的拼接
    str1 += str2;   // 将 str2 附加到 str1 末尾

  • string 类 I/O

从输入读取字符串到 string 对象时，每次读取一行，而且是使用以下代码方式：

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cin.getline(charr, charrSize);  // C-风格字符串读取输入
getline(cin, str);  // string 对象读取输入

字符串字面值

  • 普通类型

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    char array[] = "This is array!";

  • wchar_t 类型字符串

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    wchar_t array[] = L"This is array!";

  • char16_t 和 char32_t 类型字符串

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    char16_t array[] = u"char16_t style array!";
    char32_t array[] = U"char32_t style array!";

  • C++11 新增一种类型是原始（raw）字符串

    输入原始字符串时，所有的字符以原样显示，特殊字符也不会被转义，按回车键不仅会移动到下一行，还将在原始字符串中添加回车符。

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    char array[] = R"(This is ray array, \" will not be translate to ".)";  // 以 R"( 开头，以 )" 结束。
    char array[] = R"+-(This is ray array, \" will not be translate to ".)+-";  // 允许在开头 "( 之间添加除空格、左括号、右括号、斜杠和控制字符（如制表符和换行符）以外的任意数量的基本字符，然后以相同的格式结尾。

    Tips: 可将前缀 R 与其他字符串前缀结合，以标识 wchar_t 等类型的原始字符串。可将 R 放在前面，也可将其放在后面，如 Ru、UR 等。

二维数组

每个数组都可以看作是一行数据，二维数组更像是一个表格——既有数据行又有数据列。

C++ 没有提供二维数组的类型，但用户可以创建每个元素本身都是数组的数组。

可以这样声明一个二维数组：

int maxtemps[4][5]; // maxtemps 是一个包含 4 个元素的数组，其中每个元素都是一个由 5 个整数组成的数组。

初始化二维数组

可以像类似一维数组一样初始化

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int btus[5] = {23, 26, 24, 3, 5};
int maxtemps[4][5] =    // 二维数组初始化
{
    {1, 2, 3, 4, 5},
    {6, 7, 8, 9, 10},
    {11, 12, 13, 14, 15},
    {90, 91, 92, 93, 94}
};