C語言多維數組與字符串數組：內存佈局、訪問模式與字符串處理實戰

編輯：關於C語言

多維數組：行優先的連續內存

1. 二維數組定義與初始化


float sales[3][8]; // 3行8列
int matrix[3][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}}; // 分行初始化
int flat[3][3] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};           // 扁平初始化 (按行優先)

2. 內存佈局：行優先

matrix[0][0] matrix[0][1] matrix[0][2]  // 第0行連續
matrix[1][0] matrix[1][1] matrix[1][2]  // 第1行連續
matrix[2][0] matrix[2][1] matrix[2][2]  // 第2行連續

地址遞增順序：[0][0] → [0][1] → [0][2] → [1][0] → ...

3. 元素訪問與指針算術


int a[3][4];
a[i][j]            // 標準下標
*(*(a + i) + j)    // 指針解引用等價
*(a[i] + j)        // 行指針 + 列偏移

4. 三維及更高維


int cube[2][3][4]; // 2層 × 3行 × 4列 = 24元素
cube[layer][row][col] // 邏輯結構
// 內存仍線性：layer主序 → row → col

⚠️ 維度過高 (＞3) 代碼複雜度激增，建議扁平化為一維數組 + 索引計算：idx = (l*R + r)*C + c。

字符串數組：指針數組的特殊形態

1. 二維字符數組 vs 指針數組

形式	定義	內存結構	修改性
二維字符數組	`char strs[10][20]`	連續塊，每行固定 20 字節	可修改內容
指針數組	`char *strs[10]`	指針數組 + 字符串字面量/堆內存	字面量不可修改

2. 輸入處理：`scanf` vs `gets` vs `fgets`


// ❌ scanf 停於空白
char s[20];
scanf("%s", s); // 輸入 "hello world" → 只讀 "hello"

// ❌ gets 不安全 (已移除 C11)，無緩衝區檢查
gets(s); // 危險！

// ✅ fgets 安全標準
fgets(s, sizeof(s), stdin); // 讀整行含換行符
// 移除換行符
s[strcspn(s, "\n")] = '\0';

3. 字符串結束符 `\0`

字符串字面量 "hello" 編譯器自動添加 \0。
strlen 計數不含 \0，sizeof 含 \0。
手動構建字符串必須以 \0 結尾。

字符串操作核心庫函數 (`string.h`)

函數	功能	返回值	注意
`strlen(s)`	長度 (不含\0)	`size_t`	O(n)
`strcpy(dst, src)`	複製	`dst`	目標需足夠大，無長度檢查
`strncpy(dst, src, n)`	複製前 n 字符	`dst`	若 src< n，補\0；否則不加\0
`strcat(dst, src)`	追加	`dst`	目標需足夠大
`strcmp(s1, s2)`	字典序比較	<0,=0,>0	按 ASCII 值
`strncmp(s1, s2, n)`	比較前 n 字符	<0,=0,>0
`strchr(s, c)`	查找字符首次出現	指針/NULL
`strstr(hay, needle)`	查找子串	指針/NULL

實戰：字符串數組排序


#include 
#include 
#include 

int cmp_str(const void *a, const void *b) {
    return strcmp(*(const char**)a, *(const char**)b);
}

int main() {
    char *names[] = {"Charlie", "Alice", "Bob", "David"};
    int n = sizeof(names)/sizeof(names[0]);
    qsort(names, n, sizeof(char*), cmp_str);
    for (int i = 0; i < n; i++) puts(names[i]);
    // Alice, Bob, Charlie, David
    return 0;
}

動態字符串數組：堆分配指針數組


char **read_lines(int *count) {
    char **lines = NULL;
    char buf[1024];
    *count = 0;
    while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin)) {
        buf[strcspn(buf, "\n")] = '\0';
        lines = realloc(lines, (*count + 1) * sizeof(char*));
        lines[*count] = strdup(buf); // strdup = malloc + strcpy
        (*count)++;
    }
    return lines;
}

void free_lines(char **lines, int count) {
    for (int i = 0; i < count; i++) free(lines[i]);
    free(lines);
}