L3 - 一维数组实战

🎯 教学目标

  1. 掌握数组的声明与初始化
  2. 熟练使用循环处理数组元素
  3. 实现基础统计算法

🔑 核心知识点

数组声明与初始化

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// 标准声明方式
int scores[5];          // 声明包含5个整数的数组（未初始化）
float temps[7] = {};    // 全部初始化为0.0
char vowels[] = {'a','e','i','o','u'}; // 自动推导长度

关键要点：

  1. 内存分配原理：

    • 连续内存块分配
    • 每个元素占数据类型对应字节数（int通常4字节）
    • 数组总大小 = 元素个数 × sizeof(元素类型)

  2. 初始化规则：

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    int arr1[3];            // 值随机（危险！）
    int arr2[3] = {1,2};    // [1,2,0]
    int arr3[] = {9,8,7};   // 长度自动推导为3

  3. 访问机制：

    • 索引从0开始计算
    • 通过首地址偏移访问元素
    • arr[i] 等效于 *(arr + i)

数组遍历标准模板

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const int N = 5; // 最佳实践：用常量表示数组长度
int nums[N] = {3,1,4,1,5};

for(int i=0; i<N; i++){  // 严格使用 < 避免越界
    cout << nums[i] << " ";
}

执行流程解析：

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内存地址 | 0x1000 | 0x1004 | 0x1008 | 0x100C | 0x1010
元素值   |   3    |   1    |   4    |   1    |   5
索引     |  [0]   |  [1]   |  [2]   |  [3]   |  [4]

📊 数据处理算法

求最大值算法

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int findMax(int arr[], int size) {
    int maxVal = arr[0];        // 假设第一个元素最大
    for(int i=1; i<size; i++){  // 从第二个元素开始比较
        if(arr[i] > maxVal){
            maxVal = arr[i];    // 更新最大值
        }
    }
    return maxVal;
}

算法优化技巧：

  • 初始值设为INT_MIN可处理全负数数组
  • 可同步记录最大值索引
  • 时间复杂度：O(n)

逆序存储算法

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void reverseArray(int arr[], int size) {
    int left = 0;             // 首指针
    int right = size - 1;     // 尾指针
    
    while(left < right) {     // 双指针向中间移动
        swap(arr[left], arr[right]);
        left++;
        right--;
    }
}

内存变化演示：

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原始数组：[1][2][3][4][5]
第1次交换：[5][2][3][4][1]
第2次交换：[5][4][3][2][1]
终止条件：left=2, right=2

💡 特别提示

数组越界陷阱

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int arr[3] = {1,2,3};
cout << arr[3]; // 访问非法内存（索引0-2有效）
  • 可能后果：
    • 输出垃圾值
    • 程序崩溃（Segment Fault）
    • 覆盖其他变量内存

字符数组注意事项

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char str1[5] = "hello";  // 错误！需要6个位置（含\0）
char str2[5] = {'h','e','l','l','o'}; // 合法但不安全
char str3[] = "world";   // 自动分配6字节

字符串处理要点：

  • 使用strlen()获取实际长度
  • cin.getline(str, size)安全输入
  • 末尾必须保留\0

💣 易错点详解

  1. 变量定义数组长度

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    int n = 5;
    int arr[n]; // C99允许，但C++标准禁止！

  2. 越界访问导致数据污染

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    int a = 10;
    int arr[3] = {1,2,3};
    arr[3] = 4;  // 实际修改了a的值！

  3. 数组整体赋值错误

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    int arr1[3] = {1,2,3};
    int arr2[3];
    arr2 = arr1; // 错误！数组不能直接赋值

  4. 误用sizeof计算元素个数

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    int arr[] = {1,2,3,4,5};
    int size = sizeof(arr); // 错误！返回总字节数
    // 正确写法：sizeof(arr)/sizeof(arr[0])

🛠️ 调试技巧

数组内容可视化调试

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// 调试专用输出函数
void printArray(int arr[], int size) {
    cout << "索引\t地址\t值\n";
    for(int i=0; i<size; i++){
        cout << i << "\t" << &arr[i] 
             << "\t" << arr[i] << endl;
    }
}

输出示例：

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索引  地址        值
0     0x7ffeed0a 10
1     0x7ffeed0e 20
2     0x7ffeed12 30

边界值测试策略

  1. 空数组测试（size=0）
  2. 单元素数组测试
  3. 全相同元素数组
  4. 极值测试（INT_MAX/MIN）

🏋️ 配套练习

  1. 成绩分析系统

    • 输入：n个学生成绩（0-100）
    • 输出：
      • 平均分（保留2位小数）
      • 最高分及人数
      • 各分数段分布（0-59,60-69,…）

  2. 元素查找器

    • 输入：长度为10的数组，1个目标数
    • 输出：
      • 首次出现位置（从1开始）
      • 最后一次出现位置
      • 未找到时输出"Not Found"

  3. 数组洗牌器

    • 输入：数组长度n，数组元素
    • 输出：
      • 奇数在前偶数在后，相对顺序不变
      • 示例：
        输入：5 [2,5,8,3,6]
        输出：5 3 2 8 6

  4. 矩阵转置器

    • 输入：3x3矩阵
    • 输出：转置矩阵
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      输入：
      1 2 3
      4 5 6
      7 8 9
      输出：
      1 4 7
      2 5 8
      3 6 9

  5. 凯撒密码加密机

    • 输入：字符串（仅字母），偏移量
    • 输出：加密结果（Z后回到A）
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      输入：ATTACK 3
      输出：DWWDFN