1 概述
1.1 案例介绍
在现代软件开发中，数据结构的选择对程序的性能和可维护性有着至关重要的影响。数组和链表作为两种最基本的数据结构，分别适用于不同的场景。理解它们的特性和优劣，能够帮助开发者在实际项目中做出更合理的技术选型，从而优化系统性能。
在 C 语言中，数组是高效处理批量数据的基石。其连续内存结构直接映射硬件特性，通过下标实现 O(1)时间复杂度的随机访问，为算法（如排序、搜索）和底层系统开发（操作系统内核表、嵌入式寄存器映射）提供了不可替代的性能优势。
本案例相关实验将在华为云开发者空间云主机进行，开发者空间云主机为开发者提供了高效稳定的云资源，确保用户的数据安全。云主机当前已适配完整的 C/C++开发环境，支持 Visual Studio Code 等多种 IDE 工具安装调测。
1.2 适用对象
1.3 案例时间
本案例总时长预计 40 分钟。
1.4 案例流程
说明：
开通开发者空间，搭建 C/C++开发环境。
打开 VS Code，编写代码运行程序。
2 配置实验环境
2.1 开发者空间配置
面向广大开发者群体，华为开发者空间提供一个随时访问的“开发桌面云主机”、丰富的“预配置工具集合”和灵活使用的“场景化资源池”，开发者开箱即用，快速体验华为根技术和资源。
如果还没有领取开发者空间云主机，可以参考免费领取云主机文档领取。
领取云主机后可以直接进入华为开发者空间工作台界面，点击打开云主机 > 进入桌面连接云主机。
2.2 配置实验环境
参考案例中心《基于开发者空间，定制C&C++开发环境云主机镜像》“2. 实验环境搭建”、“3. VS Code 安装部署”章节完成开发环境、VS code 及插件安装。
3 数组的基本操作
3.1 数组基础概念
数组是一组连续内存空间中存储的相同类型数据元素的集合。
数组的声明与访问，具体代码操作如下：
Step1：复制以下代码，替换 main.cpp 文件中的代码。
#include <iostream>using namespace std;int main() { // 数组声明与初始化 // 声明一个包含5个整数的数组 int numbers[5]; // 声明并初始化 int primes[] = {2, 3, 5, 7, 11}; // 访问数组元素 numbers[0] = 10; // 第一个元素的索引是0 numbers[4] = 50; // 最后一个元素的索引是4
printf("数组大小：%ld字节\n", sizeof(numbers)); printf("元素个数：%ld\n", sizeof(numbers)/sizeof(numbers[0])); printf("数组地址：%p\n", (void*)numbers); printf("第一个元素地址：%p\n", (void*)&numbers[0]); printf("数组第一个元素： %d\n", primes[0]); printf("数组最后一个元素: %d\n", primes[4]); return 0;}
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3.2 一维数组操作
在 C 语言中，一维数组是一种基础数据结构，用于在连续内存空间中存储相同类型的多个元素。对一维数组的操作包括数组的最大值、数组最小值、数组平均值、数组反转和数组排序等。
具体代码操作如下：
Step1：复制以下代码，替换 main.cpp 文件中的代码。
#include <iostream>using namespace std;
// 函数声明void printArray(int arr[], int size);void reverseArray(int arr[], int size);int findMax(int arr[], int size);int findMin(int arr[], int size);float calculateAverage(int arr[], int size);void bubbleSort(int arr[], int size);
int main() { int arr[] = {8, 3, 6, 2, 9, 1, 4, 7, 5}; int size = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); printf("原始数组："); printArray(arr, size); printf("数组反转："); reverseArray(arr, size); printArray(arr, size); printf("最大值：%d\n", findMax(arr, size)); printf("最小值：%d\n", findMin(arr, size)); printf("平均值：%.2f\n", calculateAverage(arr, size)); printf("排序后："); bubbleSort(arr, size); printArray(arr, size);return 0;}
// 打印数组void printArray(int arr[], int size) { for (int i = 0; i < size; i++) { printf("%d ", arr[i]); } printf("\n");}
// 反转数组void reverseArray(int arr[], int size) { for (int i = 0; i < size/2; i++) { int temp = arr[i]; arr[i] = arr[size-1-i]; arr[size-1-i] = temp; }}
// 查找最大值int findMax(int arr[], int size) { int max = arr[0]; for (int i = 1; i < size; i++) { if (arr[i] > max) { max = arr[i]; } } return max;}
// 查找最小值int findMin(int arr[], int size) { int min = arr[0]; for (int i = 1; i < size; i++) { if (arr[i] < min) { min = arr[i]; } } return min;}
// 计算平均值float calculateAverage(int arr[], int size) { int sum = 0; for (int i = 0; i < size; i++) { sum += arr[i]; } return (float)sum / size;}
// 冒泡排序void bubbleSort(int arr[], int size) { for (int i = 0; i < size-1; i++) { for (int j = 0; j < size-i-1; j++) { if (arr[j] > arr[j+1]) { int temp = arr[j]; arr[j] = arr[j+1]; arr[j+1] = temp; } } }}
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3.3 二维数组操作
在 C 语言中，二维数组本质上是“数组的数组”，可视为由行和列组成的表格结构。对二维数组的操作包括打印二维数组、二维数组元素访问、遍历二维数组。
具体代码操作如下：
Step1：复制以下代码，替换 main.cpp 文件中的代码。
#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>
void printArray2(int *arr, int rows, int cols);
int main() { int matrixA[2][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6} };
printf("矩阵A:\n"); printArray2(&matrixA[0][0], 2, 3);
// 二维数组元素访问 // 修改第2行第3列元素（索引从0开始） matrixA[1][2] = 10; // 读取第1行第2列元素（val=2） int val = matrixA[0][1]; printf("读取第1行第2列元素： %d\n", val); printArray2(&matrixA[0][0], 2, 3);
//遍历二维数组 printf("遍历二维数组：\n"); for(int i=0; i<2; i++) { for(int j=0; j<3; j++) { printf("%d ", matrixA[i][j]); } printf("\n"); }
return 0;}
void printArray2(int *arr, int rows, int cols) { for(int i = 0; i < rows; i++) { for(int j = 0; j < cols; j++) { // 计算元素位置：当前行首地址 + 列偏移 printf("%2d ", *(arr + i * cols + j)); } printf("\n"); }}
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3.4 字符数组与字符串
字符数组:
在 C 语言中，字符数组是存储字符序列（包括字符串）的基本结构。它既是普通数组的特例（元素类型为 char），也是表示字符串的基础。字符数组的操作包括访问元素、修改元素、遍历元素。
具体代码操作如下：
Step1：复制以下代码，替换 main.cpp 文件中的代码。
#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>int main() { char letters[5] = {'a','b','c','d','e'}; // 访问元素 char first = letters[0]; printf("字符数组第一个元素：%c ",first); printf("\n"); // 修改元素 // 数组变为 {'a','z','c','d','e'} letters[1] = 'z'; size_t len = sizeof(letters); printf("修改后的字符数组元素为:"); for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%c ", letters[i]); } printf("\n"); // 遍历 printf("遍历字符数组元素:"); for (int i = 0; i < sizeof(letters); i++) { printf("%c ", letters[i]); } printf("\n"); // 添加终止符，成为字符串 letters[5] = '\0'; // 现在可以安全使用字符串函数 printf("字符数组转换成字符串：%s", letters); printf("\n"); return 0;}
void printArray2(int *arr, int rows, int cols) { for(int i = 0; i < rows; i++) { for(int j = 0; j < cols; j++) { // 计算元素位置：当前行首地址 + 列偏移 printf("%2d ", *(arr + i * cols + j)); } printf("\n"); }}
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字符串:
字符串的复制、连接、比较等。
Step1：复制以下代码，替换 main.cpp 文件中的代码。
#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>int main() {
// 定义字符串 // 自动计算长度(12字节：11字符+1'\0') char s1[] = "Hello World"; printf("字符串s1: %s\n", s1);
// 字符串长度 int len = strlen("Hello"); printf("字符串s1的长度: %d\n", len);
// 字符串的复制 char source[] = "Hello C"; char dest[20]; // 安全复制 strncpy(dest, source, sizeof(dest) - 1); // 确保终止 dest[sizeof(dest) - 1] = '\0'; printf("复制字符串dest: %s\n", dest);
// 字符串连接 char str[50] = "你好，"; // 安全连接 strncat(str, "C语言!", sizeof(str) - strlen(str) - 1); printf("复制字符串str: %s\n", str);
// 字符串比较 int result = strcmp("apple", "banana"); printf("字符串比较result: %d\n", result); result = strcmp("apple", "apple"); printf("字符串比较result: %d\n", result); result = strcmp("banana", "apple"); printf("字符串比较result: %d\n", result); return 0;}
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4 综合案例：学生成绩管理系统
4.1 功能需求分析
学生成绩管理系统设计功能如下：
打印出所有学生的考试成绩；
计算出全班学生的平均分和最高分；
所有学生的平均分按照降序排列；
统计学生成绩分布情况（优秀、良好、中等、及格、不及格）。
4.2 代码实现及验证
Step1：复制以下代码，替换 main.cpp 文件中的代码。
#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>
// 函数声明void studentManagementSystem();
int main() { printf("\n=== 综合案例：学生成绩管理系统 ===\n"); studentManagementSystem(); return 0;}
// 综合案例：学生成绩管理系统void studentManagementSystem() { #define MAX_STUDENTS 100 #define MAX_NAME_LENGTH 50 typedef struct { int id; char name[MAX_NAME_LENGTH]; float scores[3]; // 三门课程的成绩 float average; } Student; Student students[MAX_STUDENTS]; int count = 0; printf("\n--- 学生成绩管理系统 ---\n"); // 添加学生数据 students[count++] = (Student){1, "张三", {85, 90, 78}}; students[count++] = (Student){2, "李四", {92, 88, 95}}; students[count++] = (Student){3, "王五", {76, 85, 80}}; // 计算平均分 for (int i = 0; i < count; i++) { float sum = 0; for (int j = 0; j < 3; j++) { sum += students[i].scores[j]; } students[i].average = sum / 3.0; } // 打印学生成绩 printf("\n%-5s %-10s %-8s %-8s %-8s %-8s\n", "ID", "姓名", "成绩1", "成绩2", "成绩3", "平均分"); printf("------------------------------------------------\n"); for (int i = 0; i < count; i++) { printf("%-5d %-10s %-8.1f %-8.1f %-8.1f %-8.1f\n", students[i].id, students[i].name, students[i].scores[0], students[i].scores[1], students[i].scores[2], students[i].average); } // 查找最高分学生 int maxIndex = 0; for (int i = 1; i < count; i++) { if (students[i].average > students[maxIndex].average) { maxIndex = i; } } printf("\n最高分学生: %s (平均分: %.1f)\n", students[maxIndex].name, students[maxIndex].average); // 按平均分排序 for (int i = 0; i < count-1; i++) { for (int j = 0; j < count-i-1; j++) { if (students[j].average < students[j+1].average) { Student temp = students[j]; students[j] = students[j+1]; students[j+1] = temp; } } } // 打印排序结果 printf("\n按平均分降序排列:\n"); printf("%-5s %-10s %-8s\n", "ID", "姓名", "平均分"); printf("-----------------------\n"); for (int i = 0; i < count; i++) { printf("%-5d %-10s %-8.1f\n", students[i].id, students[i].name, students[i].average); } // 统计分数分布 int distribution[5] = {0}; // 0-59, 60-69, 70-79, 80-89, 90-100 for (int i = 0; i < count; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { int score = (int)students[i].scores[j]; if (score < 60) distribution[0]++; else if (score < 70) distribution[1]++; else if (score < 80) distribution[2]++; else if (score < 90) distribution[3]++; else distribution[4]++; } } printf("\n分数分布统计:\n"); printf("不及格(<60): %d\n", distribution[0]); printf("及格(60-69): %d\n", distribution[1]); printf("中等(70-79): %d\n", distribution[2]); printf("良好(80-89): %d\n", distribution[3]); printf("优秀(90-100): %d\n", distribution[4]);}
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Step2：点击编辑器左上角运行按钮直接运行，Terminal 窗口可以看到打印内容。
打印内容文本显示：
=== 综合案例：学生成绩管理系统 ===
--- 学生成绩管理系统 ---
ID 姓名 成绩1 成绩2 成绩3 平均分------------------------------------------------1 张三 85.0 90.0 78.0 84.3 2 李四 92.0 88.0 95.0 91.7 3 王五 76.0 85.0 80.0 80.3
最高分学生: 李四 (平均分: 91.7)
按平均分降序排列:ID 姓名 平均分-----------------------2 李四 91.7 1 张三 84.3 3 王五 80.3
分数分布统计:不及格(<60): 0及格(60-69): 0中等(70-79): 2良好(80-89): 4优秀(90-100): 3
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打印内容截图：
至此，数组的基本演绎法与排序“大乱斗”案例已全部完成。
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