C/C++數組操作實戰：排序、統計與全局/局部變量陷阱

選擇排序實現解析

代碼演示了經典選擇排序：外層循環n-1輪，內層在未排序區尋找最小元素下標k，與當前位置i交換。

void sort(int array[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; ++i) {
        int k = i;
        for (int j = i + 1; j < n; ++j)
            if (array[j] < array[k]) k = j;
        if (k != i) {
            int t = array[k];
            array[k] = array[i];
            array[i] = t;
        }
    }
}

關鍵點：數組名作參數退化為指針int *array，**實參數組地址直接傳遞**，函數內修改影響原數組，**無拷貝開銷**。這是C語言高效處理大數據的基石。

統計計算：平均值、最大值、最小值

單次遍歷同時求三值，時間復雜度O(n)，空間O(1)。

float count_avg(const float array[], int n, float *max, float *min) {
    float sum = array[0];
    *max = *min = array[0];
    for (int i = 1; i < n; ++i) {
        if (array[i] > *max) *max = array[i];
        if (array[i] < *min) *min = array[i];
        sum += array[i];
    }
    return sum / n;
}

改進點：用輸出參數（指針）返回多值，避免全局變量。原代碼用全局max/min耦合度高、線程不安全、可重入性差。

全局變量 vs 局部變量：深度剖析

原代碼問題

float max, min; // 全局變量
float count_avg(float array[], int score_num) {
    // 直接修改全局 max/min
    return avg;
}

四大弊端

1. 生命周期過長：程序啟動到結束佔用存儲，非按需分配。
2. 耦合與副作用：函數隱式依賴/修改外部狀態，**破壞函數純粹性**，導致難以測試、推理、並行。
3. 命名空間污染：全局標識符易衝突，大型項目極其危險。
4. 初始化順序陷阱：跨文件全局對象初始化順序未定義（C++更嚴重）。

正確姿勢

• 優先局部變量：作用域最小化，棧分配極快，編譯器優化最佳。
• 多值返回用結構體/指針/引用：

  // C: 輸出參數
  void stats(const float *a, int n, float *avg, float *max, float *min);
  
  // C++17: 結構化綁定
  struct Stats { float avg, max, min; };
  Stats stats(const std::vector<float>& v);

• 必要時用靜態局部/文件靜態：static int counter; 限制可見範圍，保持狀態。
• 常量用const/#define/enum：const float PI = 3.14159f; 有類型、作用域、可調試。

數組初始化規則差異

現代C++替代方案

• std::vector<T>：動態數組，RAII，邊界檢查at()，算法庫std::sort/minmax_element/accumulate。
• std::array<T, N>：定長數組封裝，棧上，無開銷，支持.size()、迭代器、結構化綁定。
• std::span<T> (C++20)：非擁有視圖，替代T*, size_t參數對，安全高效。
• 範圍for：for (auto &x : v) 替代下標循環，消除越界風險。

總結

數組操作看似基礎，實則蘊含內存模型、函數設計、作用域規則、現代語言演進等核心思想。**拒絕全局變量、擁抱RAII、善用標準庫、理解底層機制**——這是從「會用」到「精通」的必經之路。