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1. 数组

1.1 什么是数组

  • 数组表示内存中一组连续的同类型存储区,这些存储区称为元素。
  • 特点:
    • 所有元素类型相同。
    • 元素在内存中连续排布。
  • 数组维数:
    • 一维数组:int a[10];
    • 多维数组:char c[2][3];(二维及以上)
  • 数组长度计算:
    cpp
    int ages[4] = {19, 22, 33, 13};
    int length = sizeof(ages) / sizeof(int);  // 4
    int arr[2][3] = {1,2,3,4,5,6};
    int length = sizeof(arr) / sizeof(int);   // 6

1.2 一维数组

1.2.1 定义和初始化

定义格式: 元素类型 数组名[元素个数];

cpp
int a[3];  // 元素为 a[0], a[1], a[2]

初始化方式:

cpp
int ages[3] = {4, 6, 9};      // 完全初始化
int nums[] = {1,3,5,7};       // 自动推导元素个数为4
int nums[10] = {1,2};         // 部分初始化,未初始化元素自动补0

禁止操作:

cpp
int ages[3];
ages = {4, 6, 9};  // error!不可先定义后批量初始化
int a = 5;
int arr[a] = {0};  // error!数组长度需为编译时常量
1.2.2 访问元素
cpp
int ages[3] = {1, 3, 5};
ages[0] = 10;                 // 修改元素
std::cout << ages[0];         // 输出10

const int arr[] = {1, 2, 3};
// arr[1] = 10;               // error!const数组不可修改
1.2.3 遍历数组
cpp
int ages[4] = {1, 3, 5, 7};
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    std::cout << ages[i] << std::endl;
}

练习:输入5个数求和及最值

cpp
#include<iostream>
int main() {
    int a[5] = {0}, sum = 0;
    std::cout << "输入5个数:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << "输入第" << i+1 << "个数:";
        std::cin >> a[i];
    }
    int max = a[0], min = a[0];
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sum += a[i];
        if (a[i] > max) max = a[i];
        if (a[i] < min) min = a[i];
    }
    std::cout << "sum is " << sum << ", max is " << max << ", min is " << min << std::endl;
    return 0;
}

1.3 二维数组

1.3.1 定义和初始化

定义格式: 元素类型 数组名[行数][列数];

cpp
int a[3][4];  // 3行4列共12个元素

内存排布: 按行连续存储(先存第0行,再存第1行...)。
初始化方式:

cpp
// 方式1:按行初始化
int a[2][3] = {{80,75,92}, {61,65,71}};
// 方式2:连续初始化
int a[2][3] = {80,75,92,61,65,71};
// 省略行数(自动推导)
int a[][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}};  // 行数=2
// 部分初始化
int a[][3] = {{1}, {4,5}};         // 未初始化元素补0
1.3.2 访问元素
cpp
int ages[2][3] = {1,2,3,4,5,6};
std::cout << ages[0][2];  // 输出3
ages[1][1] = 10;          // 修改元素
std::cout << ages[1][1];  // 输出10
1.3.3 遍历数组
cpp
char cs[2][3] = {{'a','b','c'}, {'d','e','f'}};
for (int i = 0; i < 2; i++) {      // 遍历行
    for (int j = 0; j < 3; j++) {  // 遍历列
        std::cout << cs[i][j];
    }
    std::cout << std::endl;         // 换行
}

注意: cs[0]cs[1]是数组名,不可作为下标变量使用。

练习:螺旋矩阵

cpp
#include<iostream>
int main() {
    int a[5][5] = {0};
    // 边界赋值逻辑(原文代码不完整,保留原样)
    for (int i=0; i<5; i++) {
        for (int j=0; j<5; j++) {
            if (i==0 && j!=4) a[i][j]=1;
            else if (j==4 && i!=4) a[i][j]=2;
            else if (i==4 && j!=0) a[i][j]=3;
            else if (j==0 && i!=0) a[i][j]=4;
        }
    }
    // 输出矩阵
    for (int i=0; i<5; i++) {
        for (int j=0; j<5; j++) {
            std::cout << a[i][j];
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    return 0;
}

2. 字符串

2.1 定义与初始化

字符串特性:\0(或数字0)结尾的字符序列,内存占用比实际多1字节。
示例: "HELLO"存储为 H E L L O \0

2.1.1 字符类型 char
cpp
char c = 'a';        // 单字符赋值
std::cin >> c;       // 输入'b' → c='b'
char ch = getchar(); // 从键盘获取单个字符
2.1.2 转义字符
转义字符含义ASCII值
\0字符串结束标记0
\"双引号 "34
\'单引号 '39
\\反斜杠 \92
\b退格8
\t水平制表符9
\n换行10
\r回车13

示例:

cpp
char c = '\a';  // 触发系统响铃
2.1.3 ASCII 码表
  • char本质是1字节整数,可参与运算:
    cpp
    std::cout << 'c' - 'a';  // 输出2(ASCII差值)
  • 字符与数字区别:
    cpp
    char a = '0';          // ASCII值48
    std::cout << a - 1;    // 输出47
    std::cout << a - '1';  // 输出-1('1'的ASCII=49)
2.1.4 字符数组定义字符串

规则:

  • \0结尾的char数组才是字符串。
  • 未以\0结尾则为普通字符数组。

初始化方式:

cpp
char c1[5] = "abc";      // 自动补\0 → "abc\0"
char c2[] = "abc";       // 长度=4(含\0)
// char c3[3] = "abc";   // error! 需4字节空间
char c4[5] = {'a','b','c'}; // 部分初始化,补\0
char c5[3] = {'a','b','\0'}; // 手动添加\0
char c6[3] = {'a','b','c'};  // 无\0,非字符串!
const char c7[] = "abc"; // const修饰
2.1.5 string 类定义字符串

(推荐)无需手动处理\0和越界问题:

cpp
#include <string>
std::string s = "abc";  // 本质是优化后的字符数组

2.2 字符串输入输出

输出方式:
cpp
// 字符数组
char c[] = "abc";
std::cout << c;         // C++方式
printf("%s\n", c);      // C语言方式

// string类
std::string s = "abc";
std::cout << s;
输入方式:
cpp
// 字符数组(需防越界)
char c[10] = "abc";
std::cin >> c;          // 输入超长会导致越界!
scanf("%s", c);         // 同上

// string类(推荐)
std::string s = "abc";
std::cin >> s;          // 自动处理长度

// 安全输入:fgets()
#include <cstdio>
char arr[5];
fgets(arr, 5, stdin);   // 最多读取4字符+1个\0

2.3 字符串长度

字符数组: strlen()函数(不含\0

cpp
char c[] = "abc";
std::cout << strlen(c);  // 输出3

string类: .length().size()

cpp
std::string s = "abc";
std::cout << s.length(); // 输出3
std::cout << s.size();   // 输出3

长度 vs 数组大小:

cpp
char c[] = "abc";
std::cout << sizeof(c);  // 输出4(含\0)

char c1[10] = "abc";
std::cout << sizeof(c1); // 输出10

std::string s = "abc";
std::cout << sizeof(s);  // 输出固定大小(如24/32,编译器相关)

2.4 访问元素

字符数组: 下标访问

cpp
char c[] = "abc";
std::cout << c[1];  // 输出'b'
c[1] = 'q';         // 修改为"aqc"

string类: 下标访问

cpp
std::string s = "abc";
std::cout << s[1];  // 输出'b'

2.5 遍历字符串

字符数组:

cpp
char c[] = "abc";
for (int i=0; i < strlen(c); i++) {
    std::cout << c[i];
}

string类:

cpp
std::string s = "abc";
for (int i=0; i < s.length(); i++) {
    std::cout << s[i];
}

ASCII码对照表

ASCII(American Standard Code for Information Interchange,美国信息互换标准代码)是一套基于拉丁字母的字符编码,共收录了 128 个字符,用一个字节就可以存储,它等同于国际标准 ISO/IEC 646。

ASCII 编码于 1967 年第一次发布,最后一次更新是在 1986 年,迄今为止共收录了 128 个字符,包含了基本的拉丁字母(英文字母)、阿拉伯数字(也就是 1234567890)、标点符号(,.!等)、特殊符号(@#$%^&等)以及一些具有控制功能的字符(往往不会显示出来)。

以上说的是标准 ASCII 编码,是学习编程语言必须了解的。标准 ASCII 编码用一个字节中的 7 位就能存储,为了让第 8 位(最高位)也参与编码,就形成了扩展 ASCII 编码。扩展 ASCII 主要包含了一些特殊符号、外来语字母和图形符号。

标准 ASCII 码对照表

二进制八进制十进制十六进制字符/缩写解释
00000000000000NUL (NULL)空字符
00000001001101SOH (Start Of Headling)标题开始
00000010002202STX (Start Of Text)正文开始
00000011003303ETX (End Of Text)正文结束
00000100004404EOT (End Of Transmission)传输结束
00000101005505ENQ (Enquiry)请求
00000110006606ACK (Acknowledge)回应/响应/收到通知
00000111007707BEL (Bell)响铃
00001000010808BS (Backspace)退格
00001001011909HT (Horizontal Tab)水平制表符
00001010012100ALF/NL(Line Feed/New Line)换行键
00001011013110BVT (Vertical Tab)垂直制表符
00001100014120CFF/NP (Form Feed/New Page)换页键
00001101015130DCR (Carriage Return)回车键
00001110016140ESO (Shift Out)不用切换
00001111017150FSI (Shift In)启用切换
000100000201610DLE (Data Link Escape)数据链路转义
000100010211711DC1/XON
(Device Control 1/Transmission On)
设备控制1/传输开始
000100100221812DC2 (Device Control 2)设备控制2
000100110231913DC3/XOFF
(Device Control 3/Transmission Off)
设备控制3/传输中断
000101000242014DC4 (Device Control 4)设备控制4
000101010252115NAK (Negative Acknowledge)无响应/非正常响应/拒绝接收
000101100262216SYN (Synchronous Idle)同步空闲
000101110272317ETB (End of Transmission Block)传输块结束/块传输终止
000110000302418CAN (Cancel)取消
000110010312519EM (End of Medium)已到介质末端/介质存储已满/介质中断
00011010032261ASUB (Substitute)替补/替换
00011011033271BESC (Escape)逃离/取消
00011100034281CFS (File Separator)文件分割符
00011101035291DGS (Group Separator)组分隔符/分组符
00011110036301ERS (Record Separator)记录分离符
00011111037311FUS (Unit Separator)单元分隔符
001000000403220(Space)空格
001000010413321!
001000100423422"
001000110433523#
001001000443624$
001001010453725%
001001100463826&
001001110473927'
001010000504028(
001010010514129)
00101010052422A*
00101011053432B+
00101100054442C,
00101101055452D-
00101110056462E.
00101111057472F/
0011000006048300
0011000106149311
0011001006250322
0011001106351333
0011010006452344
0011010106553355
0011011006654366
0011011106755377
0011100007056388
0011100107157399
00111010072583A:
00111011073593B;
00111100074603C<
00111101075613D=
00111110076623E>
00111111077633F?
010000001006440@
010000011016541A
010000101026642B
010000111036743C
010001001046844D
010001011056945E
010001101067046F
010001111077147G
010010001107248H
010010011117349I
01001010112744AJ
01001011113754BK
01001100114764CL
01001101115774DM
01001110116784EN
01001111117794FO
010100001208050P
010100011218151Q
010100101228252R
010100111238353S
010101001248454T
010101011258555U
010101101268656V
010101111278757W
010110001308858X
010110011318959Y
01011010132905AZ
01011011133915B[
01011100134925C|
01011101135935D]
01011110136945E^
01011111137955F_
011000001409660`
011000011419761a
011000101429862b
011000111439963c
0110010014410064d
0110010114510165e
0110011014610266f
0110011114710367g
0110100015010468h
0110100115110569i
011010101521066Aj
011010111531076Bk
011011001541086Cl
011011011551096Dm
011011101561106En
011011111571116Fo
0111000016011270p
0111000116111371q
0111001016211472r
0111001116311573s
0111010016411674t
0111010116511775u
0111011016611876v
0111011116711977w
0111100017012078x
0111100117112179y
011110101721227Az
011110111731237B{
011111001741247C|
011111011751257D}
011111101761267E~
011111111771277FDEL (Delete)删除

对控制字符的解释

ASCII 编码中第 0~31 个字符(开头的 32 个字符)以及第 127 个字符(最后一个字符)都是不可见的(无法显示),但是它们都具有一些特殊功能,所以称为控制字符( Control Character)或者功能码(Function Code)。

这 33 个控制字符大都与通信、数据存储以及老式设备有关,有些在现代电脑中的含义已经改变了。

有些控制符需要一定的计算机功底才能理解,初学者可以跳过,选择容易的理解即可。

下面列出了部分控制字符的具体功能:

  • NUL (0)

    NULL,空字符。空字符起初本意可以看作为 NOP(中文意为空操作,就是啥都不做的意思),此位置可以忽略一个字符。

    之所以有这个空字符,主要是用于计算机早期的记录信息的纸带,此处留个 NUL 字符,意思是先占这个位置,以待后用,比如你哪天想起来了,在这个位置在放一个别的啥字符之类的。

    后来呢,NUL 被用于C语言中,表示字符串的结束,当一个字符串中间出现 NUL 时,就意味着这个是一个字符串的结尾了。这样就方便按照自己需求去定义字符串,多长都行,当然只要你内存放得下,然后最后加一个\0,即空字符,意思是当前字符串到此结束。

  • SOH (1)

    Start Of Heading,标题开始。如果信息沟通交流主要以命令和消息的形式的话,SOH 就可以用于标记每个消息的开始。

    1963年,最开始 ASCII 标准中,把此字符定义为 Start of Message,后来又改为现在的 Start Of Heading。

    现在,这个 SOH 常见于主从(master-slave)模式的 RS232 的通信中,一个主设备,以 SOH 开头,和从设备进行通信。这样方便从设备在数据传输出现错误的时候,在下一次通信之前,去实现重新同步(resynchronize)。如果没有一个清晰的类似于 SOH 这样的标记,去标记每个命令的起始或开头的话,那么重新同步,就很难实现了。

  • STX (2) 和 ETX (3)

    STX 表示 Start Of Text,意思是“文本开始”;ETX 表示 End Of Text,意思是“文本结束”。

    通过某种通讯协议去传输的一个数据(包),称为一帧的话,常会包含一个帧头,包含了寻址信息,即你是要发给谁,要发送到目的地是哪里,其后跟着真正要发送的数据内容。

    而 STX,就用于标记这个数据内容的开始。接下来是要传输的数据,最后是 ETX,表明数据的结束。

    而中间具体传输的数据内容,ASCII 并没有去定义,它和你所用的传输协议有关。

    帧头数据或文本内容
    SOH(表明帧头开始)......(帧头信息,比如包含了目的地址,表明你发送给谁等等)STX(表明数据开始)......(真正要传输的数据)ETX(表明数据结束
  • BEL (7)

    BELl,响铃。在 ASCII 编码中,BEL 是个比较有意思的东西。BEL 用一个可以听得见的声音来吸引人们的注意,既可以用于计算机,也可以用于周边设备(比如打印机)。

    注意,BEL 不是声卡或者喇叭发出的声音,而是蜂鸣器发出的声音,主要用于报警,比如硬件出现故障时就会听到这个声音,有的计算机操作系统正常启动也会听到这个声音。蜂鸣器没有直接安装到主板上,而是需要连接到主板上的一种外设,现代很多计算机都不安装蜂鸣器了,即使输出 BEL 也听不到声音,这个时候 BEL 就没有任何作用了。

  • BS (8)

    BackSpace,退格键。退格键的功能,随着时间变化,意义也变得不同了。

    退格键起初的意思是,在打印机和电传打字机上,往回移动一格光标,以起到强调该字符的作用。比如你想要打印一个 a,然后加上退格键后,就成了 aBS^。在机械类打字机上,此方法能够起到实际的强调字符的作用,但是对于后来的 CTR 下时期来说,就无法起到对应效果了。

    而现代所用的退格键,不仅仅表示光标往回移动了一格,同时也删除了移动后该位置的字符。

  • HT (9)

    Horizontal Tab,水平制表符,相当于 Table/Tab 键。

    水平制表符的作用是用于布局,它控制输出设备前进到下一个表格去处理。而制表符 Table/Tab 的宽度也是灵活不固定的,只不过在多数设备上制表符 Tab 都预定义为 4 个空格的宽度。

    水平制表符 HT 不仅能减少数据输入者的工作量,对于格式化好的文字来说,还能够减少存储空间,因为一个Tab键,就代替了 4 个空格。

  • LF (10)

    Line Feed,直译为“给打印机等喂一行”,也就是“换行”的意思。LF 是 ASCII 编码中常被误用的字符之一。

    LF 的最原始的含义是,移动打印机的头到下一行。而另外一个 ASCII 字符,CR(Carriage Return)才是将打印机的头移到最左边,即一行的开始(行首)。很多串口协议和 MS-DOS 及 Windows 操作系统,也都是这么实现的。

    而C语言和 Unix 操作系统将 LF 的含义重新定义为“新行”,即 LF 和 CR 的组合效果,也就是回车且换行的意思。

    从程序的角度出发,C语言和 Unix 对 LF 的定义显得更加自然,而 MS-DOS 的实现更接近于 LF 的本意。

    现在人们常将 LF 用做“新行(newline)”的功能,大多数文本编辑软件也都可以处理单个 LF 或者 CR/LF 的组合了。

  • VT (11)

    Vertical Tab,垂直制表符。它类似于水平制表符 Tab,目的是为了减少布局中的工作,同时也减少了格式化字符时所需要存储字符的空间。VT 控制符用于跳到下一个标记行。

    说实话,还真没看到有些地方需要用 VT,因为一般在换行的时候都是用 LF 代替 VT 了。

  • FF (12)

    Form Feed,换页。设计换页键,是用来控制打印机行为的。当打印机收到此键码的时候,打印机移动到下一页。

    不同的设备的终端对此控制符所表现的行为各不同,有些会清除屏幕,有些只是显示^L字符,有些只是新换一行而已。例如,Unix/Linux 下的 Bash Shell 和 Tcsh 就把 FF 看做是一个清空屏幕的命令。

  • CR (13)

    Carriage return,回车,表示机器的滑动部分(或者底座)返回。

    CR 回车的原意是让打印头回到左边界,并没有移动到下一行的意思。随着时间的流逝,后来人们把 CR 的意思弄成了 Enter 键,用于示意输入完毕。

    在数据以屏幕显示的情况下,人们按下 Enter 的同时,也希望把光标移动到下一行,因此C语言和 Unix 重新定义了 CR 的含义,将其表示为移动到下一行。当输入 CR 时,系统也常常隐式地将其转换为LF。

  • SO (14) 和 SI (15)

    SO,Shift Out,不用切换;SI,Shift In,启用切换。

    早在 1960s 年代,设计 ASCII 编码的美国人就已经想到了,ASCII 编码不仅仅能用于英文,也要能用于外文字符集,这很重要,定义 Shift In 和 Shift Out 正是考虑到了这点。

    最开始,其意为在西里尔语和拉丁语之间切换。西里尔语 ASCII(也即 KOI-7 编码)将 Shift 作为一个普通字符,而拉丁语 ASCII(也就是我们通常所说的 ASCII)用 Shift 去改变打印机的字体,它们完全是两种含义。

    在拉丁语 ASCII 中,SO 用于产生双倍宽度的字符(类似于全角),而用 SI 打印压缩的字体(类似于半角)。

  • DLE (16)

    Data Link Escape,数据链路转义。

    有时候我们需要在通信过程中发送一些控制字符,但是总有一些情况下,这些控制字符被看成了普通的数据流,而没有起到对应的控制效果,ASCII 编码引入 DLE 来解决这类问题。

    如果数据流中检测到了 DLE,数据接收端会对数据流中接下来的字符另作处理。但是具体如何处理,ASCII 规范中并没有定义,只是弄了个 DLE 去打断正常的数据流,告诉接下来的数据要特殊对待。

  • DC1 (17)

    Device Control 1,或者 XON – Transmission on。

    这个 ASCII 控制符尽管原先定义为 DC1, 但是现在常表示为 XON,用于串行通信中的软件流控制。其主要作用为,在通信被控制符 XOFF 中断之后,重新开始信息传输。

    用过串行终端的人应该还记得,当有时候数据出错了,按 Ctrl+Q(等价于XON)有时候可以起到重新传输的效果。这是因为,此 Ctrl+Q 键盘序列实际上就是产生 XON 控制符,它可以将那些由于终端或者主机方面,由于偶尔出现的错误的 XOFF 控制符而中断的通信解锁,使其正常通信。

  • DC3 (19)

    Device Control 3,或者 XOFF(Transmission off,传输中断)。

    EM (25)

    End of Medium,已到介质末端,介质存储已满。

    EM 用于,当数据存储到达串行存储介质末尾的时候,就像磁带或磁头滚动到介质末尾一样。其用于表述数据的逻辑终点,即不必非要是物理上的达到数据载体的末尾。

  • FS(28)

    File Separator,文件分隔符。FS 是个很有意思的控制字符,它可以让我们看到 1960s 年代的计算机是如何组织的。

    我们现在习惯于随机访问一些存储介质,比如 RAM、磁盘等,但是在设计 ASCII 编码的那个年代,大部分数据还是顺序的、串行的,而不是随机访问的。此处所说的串行,不仅仅指的是串行通信,还指的是顺序存储介质,比如穿孔卡片、纸带、磁带等。

    在串行通信的时代,设计这么一个用于表示文件分隔的控制字符,用于分割两个单独的文件,是一件很明智的事情。

  • GS(29)

    Group Separator,分组符。

    ASCII 定义控制字符的原因之一就是考虑到了数据存储。

    大部分情况下,数据库的建立都和表有关,表包含了多条记录。同一个表中的所有记录属于同一类型,不同的表中的记录属于不同的类型。

    而分组符 GS 就是用来分隔串行数据存储系统中的不同的组。值得注意的是,当时还没有使用 Excel 表格,ASCII 时代的人把它叫做组。

  • RS(30)

    Record Separator,记录分隔符,用于分隔一个组或表中的多条记录。

  • US(31)

    Unit Separator,单元分隔符。

    在 ASCII 定义中,数据库中所存储的最小的数据项叫做单元(Unit)。而现在我们称其字段(Field)。单元分隔符 US 用于分割串行数据存储环境下的不同单元。

    现在的数据库实现都要求大部分类型都拥有固定的长度,尽管有时候可能用不到,但是对于每一个字段,却都要分配足够大的空间,用于存放最大可能的数据。

    这种做法的弊端就是占用了大量的存储空间,而 US 控制符允许字段具有可变的长度。在 1960s 年代,数据存储空间很有限,用 US 将不同单元分隔开,能节省很多空间。

  • DEL (127)

    Delete,删除。

    有人也许会问,为何 ASCII 编码中其它控制字符的值都很小(即 0~31),而 DEL 的值却很大呢(为 127)?

    这是由于这个特殊的字符是为纸带而定义的。在那个年代,绝大多数的纸带都是用7个孔洞去编码数据的。而 127 这个值所对应的二进制值为111 1111(所有 7 个比特位都是1),将 DEL 用在现存的纸带上时,所有的洞就都被穿孔了,就把已经存在的数据都擦除掉了,就起到了删除的作用。

知识如风,常伴吾身