17.数组基础

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2025-02-05

一、开场：走进数组的世界

标题：开启数组学习之旅 - 掌握数据存储与管理基础

副标题：从数组起步，构建强大编程能力

引入方式：展示一个超市货架的图片，货架上整齐排列着各类商品。提问学生，如果要在程序中存储超市里同一类商品的价格，一个个单独存储会很繁琐，有没有更高效的办法？从而引出数组的概念，数组就像超市的货架，能把多个相同类型的数据有序存储在一起，方便管理和使用。

配图：选择超市货架的高清图片，或者用简单的示意图展示数组在内存中的存储结构，让学生对数组有直观的感受。

二、数组定义全解析

数组的概念

讲解数组是一种复合数据类型，它由一系列相同类型的元素组成，这些元素在内存中是连续存储的。数组通过一个统一的数组名和下标来访问各个元素，下标从 0 开始。

举例说明，比如存储一个班级学生的数学成绩，用数组就可以轻松实现，每个学生的成绩是数组中的一个元素，通过下标可以快速找到某个学生的成绩。

数组的定义语法

数据类型 数组名[数组大小];

数据类型：指定数组中元素的数据类型，可以是基本数据类型（如int、double、char等），也可以是自定义数据类型（如结构体）。

数组名：是数组的标识符，遵循标识符命名规则，用于在程序中引用该数组。

数组大小：表示数组中元素的个数，必须是一个常量表达式，即在编译时就能确定其值。

代码示例 1：定义一个整型数组

#include <iostream>

int main() {
    int scores[5]; // 定义一个包含5个整型元素的数组
    return 0;
}

分析代码：这里定义了一个名为scores的整型数组，它可以存储 5 个整数。此时数组中的元素未初始化，其值是不确定的。

三、数组初始化的奥秘

数组初始化的方式

静态初始化：在定义数组时直接为数组元素赋值。例如：

int numbers[3] = {10, 20, 30};

这里定义了一个包含 3 个元素的整型数组numbers，并分别初始化为 10、20、30。

2. 部分初始化：可以只初始化数组的前几个元素，后面未初始化的元素会自动初始化为 0（对于数值型数组）或空字符（对于字符型数组）。例如：

int values[5] = {1, 2};

此时values数组的前两个元素为 1 和 2，后面三个元素自动初始化为 0。

3. 动态初始化（C++11 及以后）：使用花括号初始化列表，并且可以省略数组大小，编译器会根据初始化列表中的元素个数自动确定数组大小。例如：

int ages[]{18, 20, 22};

这里定义了一个ages数组，编译器自动确定其大小为 3。

代码示例 2：不同初始化方式的演示

#include <iostream>

int main() {
    // 静态初始化
    int numbers[3] = {10, 20, 30};
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        std::cout << numbers[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 部分初始化
    int values[5] = {1, 2};
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << values[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 动态初始化
    int ages[]{18, 20, 22};
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        std::cout << ages[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

分析代码：分别展示了三种初始化方式的效果，通过循环遍历数组并输出元素值，让学生直观地看到不同初始化方式下数组元素的初始值。

四、数组访问技巧

数组元素的访问

讲解通过数组名和下标来访问数组中的元素，下标从 0 开始，到数组大小减 1 结束。例如，对于数组int numbers[5]; ，可以通过numbers[0]访问第一个元素，numbers[1]访问第二个元素，以此类推，numbers[4]访问第五个元素。

强调访问数组元素时要注意下标的范围，超出下标范围会导致数组越界错误，这是一种未定义行为，可能导致程序崩溃或产生不可预测的结果。

代码示例 3：数组元素的访问与修改

#include <iostream>

int main() {
    int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    // 访问数组元素并输出
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << "numbers[" << i << "] = " << numbers[i] << std::endl;
    }

    // 修改数组元素的值
    numbers[2] = 100;
    std::cout << "修改后的numbers[2] = " << numbers[2] << std::endl;

    return 0;
}

分析代码：首先通过循环遍历数组，输出每个元素的值，展示数组元素的访问方式。然后修改numbers[2]的值，再次输出，展示如何修改数组元素。

五、实践与巩固

练习题目

让学生编写一个程序，定义一个包含 10 个整数的数组，使用循环对数组进行初始化，每个元素的值为其下标值的平方。然后再使用循环遍历数组，输出每个元素的值。

给出一个包含数组定义、初始化和访问的程序，其中存在数组下标越界、初始化错误等问题，让学生找出并改正，同时添加注释说明修改原因。

互动环节

开展小组竞赛，将学生分成小组共同完成练习题目。完成后，每个小组推选一名代表进行代码展示和讲解，其他小组进行提问和评价，教师进行总结和点评，获胜小组可获得小奖品，如编程文具、小玩具等。

进行情景模拟编程，教师给出一些生活中需要使用数组的场景，如统计一周内每天的气温、存储一个月的开支等，让学生在规定时间内用数组编写代码实现，然后邀请学生上台分享自己的代码思路，增强学生的编程实践能力和表达能力。

六、回顾与总结

总结

回顾数组的定义语法，包括数据类型、数组名和数组大小的作用。

总结数组初始化的三种方式，以及每种方式的特点和适用场景。

强调数组元素的访问方式和注意事项，特别是避免数组越界错误。