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5.1 一維陣列

陣列(Array)的結構

陣列這種資料結構是用來儲存許多相同型別的資料用的。如果我們把變數想像成是一個可以放東西的箱子，那麼陣列就是一堆箱子的集合，而且每個箱子都有一個連續編號的索引值(index)。

例如：我們要儲存 10 個學生的成績(都是整數)，我們可以使用這樣一個內含 10 個元素(element)/項目(item)的陣列。

宣告陣列

在程式中我們可以這樣宣告這個陣列 score。

int score[10];

其語法為

型別 陣列名稱[元素數量];

其中陣列名稱的命名規則與一般變數的命名規則相同。

要特別注意的是，陣列的索引值是由 0 開紿，所以宣告大小為 10 的陣列 score。可以使用的元素是 score[0]~score[9]。

給定初值

如同變數可以在宣告同時給定初值，陣列也可以。

如果只宣告，但不給定初值，則陣列內各元素的值會無法預測(會是分配到的記憶體當下的值)。

int a[5] = {1, 3, 5, 7, 9};

for(int i=0; i<5; i++)
{
    cout << a[i] << " ";
}
1 3 5 7 9

初值不給足

如果陣列有 5 個元素，但是初值只給 2 個，剩下 3 個的值會是什麼？

int a[5] = {1, 3};

for(int i=0; i<5; i++)
{
    cout << a[i] << " ";
}
1 3 0 0 0

觀察執行結果，可以發現它們被設為 0。

所以對於整數陣列，我們常用這樣的技巧來宣告並指定其初值皆為 0。

int a[5] = {0};

for(int i=0; i<5; i++)
{
    cout << a[i] << " ";
}
0 0 0 0 0

存取陣列中指定元素的值

原則上存取陣列 a 裡索引為 i 的元素值，和一般變數一樣，只要用 a[i] 來表示要存取的元素即可。

練習：讀取學生成績，並接受查詢

讀取使用者輸入的 1~10 號學生成績，並接受以座號查詢其成績。輸入 -1 結束程式。

int score[10] = {0};

for(int i=0; i<10; i++)
{
    cin >> score[i];
}

while(true)
{
    cout << "輸入座號查詢成績: ";
    int id;
    cin >> id;
    if(id==-1)
        break;
    cout << id << " 號的成績為 " << score[id-1] << endl;  // 想一想，為什麼索引值是 id-1，而不是 id？
}
11 22 33 44 55 66 77 88 99 100 輸入座號查詢成績:3 3 號的成績為 33 輸入座號查詢成績:6 6 號的成績為 66 輸入座號查詢成績:-1

因為陣列的索引值是由 0 開始編號，和我們一般生活中由 1 開紿編號的情境不同。所以也有人會選擇「浪費一個元素」來讓程式寫起來比較直覺。

int score[11] = {0};  // 宣告 11 個，索引 0 那個不用

for(int i=1; i<=10; i++)  // i 由 1~10，而不是 0~9
{
    cin >> score[i];
}

while(true)
{
    cout << "輸入座號查詢成績: ";
    int id;
    cin >> id;
    if(id==-1)
        break;
    cout << id << " 號的成績為 " << score[id] << endl;  // id 不用減 1 了
}

陣列大小在宣告後無法改變

陣列大小在宣告後無法改變，所以通常我們會宣告「足夠」的大小。例如：在班級成績儲存時，若班級人數不超過 50 人，我們會宣告大小為 50 的陣列。

為什麼陣列的大小不能在程式執行中動態改變呢？

這可能跟陣列的特性有關，陣列有以下的特點：

  1. 所有元素都是相同型別
  2. 所有元素在記憶體中相鄰緊密排列
  3. 可以依索引值快速隨機存取(無需循序)任一內部元素

其中 3 是因為 1, 2 才有辦法做到的。

以下面這個陣列為例：

因為每個元素都是 int，也就是佔記憶體的大小都是 4 byte。所以只要有陣列的開頭位址 0010，和索引 i，就可以知道 score[i] 在記憶體裡的位址為 $$ 0010+i*4$4 $。

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