一、前言
数组是个很好的东西，其关键就在这两个字：数、组。
数，即数字，组，即组合，大致意思可能就是数字的组合，或者更好理解一点的是数字的集合。
其作用就是将多个数字组合在一起使用。
其最基本的作用就是可以让我们程序员少写点代码。
二、简单使用
使用前我们需要理解为什么有它是一个很有必要的步骤，因为只有这样你才知道自己以后应该在什么时候使用它。
比如编程中我们最常见的一个需求就是，需要存放很多数据，比如举个简单点的例子，需要用户输入3个数字：
#include<iostream>
int main() {
int a, b, c;
scanf_s("%d %d %d", &a, &b, &c); //vs中使用scanf的安全函数可以不用定义宏
}
在数量少的情况下，这是很正常的写法，但往往实际应用中并没有这么简单。
比如数学的矩阵运算，随便一个矩阵的数量就是数十上百，这种情况下你也不可能真的去定义数十上百的变量。
而这就是数组的意义：一次申请大量相同类型的内存空间。
注意这里的表述，类型是与内存相关的，如果你对此不甚了解，可以先去阅读一下本站的另一篇文章：数据类型。
它的使用方式和普通定义变量的方式基本是一样的：
int num[100];
只不过在后面添加了一个中括号[]而已，这个中括号中，就可以填入你想要多大的存储int类型大小的内存。
那么这个时候，如果我想要得到用户输入的100个数字，就可以这样写：
#include<iostream>
int main() {
int num[100];
for (int i = 0; i < 100; i++) {
scanf_s("%d", &num[i]); //取出第i个数字，并通过取址符号&得到存放这个数字的内存地址，然后再填入用户输入的数字
}
}
是不是相当的方便？如果不使用数组，你甚至可能真得自己定义100个变量，那可太痛苦了。
这就是数组的基本用法，唯一需要注意的点可能就是它是从数字0开始的。
所以我们这里定义了100个int大小的内存，但访问的时候，你只能写0-99。
最基本的使用方式：
int a=num[0]; //访问索引0位置的数组数字
num[99]=100; //修改索引99位置的数组数字
虽然这里只用了int类型，但其它类型都是一样的，比如short、long long、float、double等等。
甚至包括char。
char类型的数组又常常被称为字符串：
char str[12]="hello world";
那你可能就会有疑问了，数组不是存放数字的吗？怎么这里存放的是字符串呐！
如果你对这个问题有疑问，请务必阅读这篇文章：数据类型。
它本质上就是数字，只不过是我们赋予它的解释方式不一样罢了，你应该时刻记住一件事：内存中只能存放数字。
三、进阶理解
上面的基本用法学会了，你就已经可以正常编程了。
但如果想要精通C/C++，这肯定还是不够的，你必须要理解数组的底层实现原理：连续的内存
比如下面的代码：
#include<iostream>
int main() {
int num[5];
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%p\n",&num[i]);
}
}
申请了5个int类型大小的内存，并分别打印了一下它们的地址，其在我的电脑上运行结果为：
000000DDE4BEF738
000000DDE4BEF73C
000000DDE4BEF740
000000DDE4BEF744
000000DDE4BEF748
这就是这5个存放数字的内存地址，只不过是用十六进制形式打印出来的。
前面都是一样的，你只需要看最后两位数字即可：
38 3C 40 44 48
发现规律没？相邻的两个变量内存地址差4，还记得int类型占多少个字节吗？不就是4字节嘛！
从这里你就可以看出来，数组申请的内存是连续的。
如果不信的话，可以再自己试试分别定义五个变量，然后打印它们的地址，看看还会不会挨在一起（即相邻两个变量的内存地址相差4）。
也正是因为它是连续的，所以你才能用下标的方式来索引到对应的数字：
int num[5];
num[3]=100; //因为内存连续，所以才能这么用
因为其本质上，就是用首地址加上偏移量来实现的，还原过来就是下面这样：
*(num+3)=100;
数组的名字，实际上存放的就是这块连续内存的地址而已，并且它是int类型的，所以可以直接通过地址加3来到第四块int类型内存的位置。
然后再使用*符号来操作这个内存位置上的数字。
如果不使用*符号，肯定就直接报错了，因为此时没有任何含义，左边就是一个地址加数字，结果就是一个代表地址的数字（又被称为右值），是无法赋值的。
而这也正是它会从索引0开始计数的原因，因为数组名本身是这块内存的首地址，也同样是第一个变量的内存地址。
*(num+0);//等价于*num
这样就方便底层计算。如果从1开始，那么num[1]还需要多一步转换到，才能得到第一个变量的地址：num+1要转换为num+0才是第一个变量的地址。
特别要注意的是指针直接相加的操作：
int nump[5];
*(num+2);//int占4字节，所以实际上是加了2*4字节的距离
*(int*)((char*)num+8); //强转为char，char占1字节，所以实际加了1*8字节
上面两种写法是等价的，特别是第二种，这是理解C/C++指针最好的方式：你可以任意定义解释指针的方式。
首先是(char*)num+8，意思就是将num转换为char类型的指针，然后加8个char的距离，即8字节。
然后将结果（也就是地址）有重新转换为int*，然后再在最外层使用*来取值，因为转换成为了int类型的指针，所以此时*取的是四个字节的长度。
如果不强制转换，那么为char*，其取的就只有一个字节。
四、多维数组
多维数组也是我们经常遇见的，写法就是多个[]:
int num[4][4];
int num3[4][4][4];
有几维，那就加几个[]即可。
此时使用起来就需要两个索引了，同时两个索引也都是从0开始的：
num[0][0]=100; //(0,0)位置
int a=num[3][3]; //(3,3)位置
直白来看，这似乎就是个二维表格。
但如果你打印一下它每个元素的地址，你就会发现一件神奇的事情：
#include<iostream>
int main() {
int num[2][2];
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
printf("%p\n",&num[i][j]);
}
}
}
结果：
000000CF9057FB58
000000CF9057FB5C
000000CF9057FB60
000000CF9057FB64
发现没？这四个元素居然依然是挨着的！依旧相邻4个字节！
所以上面的二维数组，本质上其实就是一个一维数组而已：
int num[4];
只不过编译器帮我们换算了一下，很多时候，我们为了方便也会自己用一维数组来当做二维数组使用。
因为用new/malloc函数动态分配内存时，并不能直接分配二维数组。
所以就是这样将一维数组当二维数组使用的：
#include<iostream>
int main() {
int *num=new int[4];
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
printf("%p\n",num+i*2+j);
}
}
delete[] num;
}
这两种方式完全等价。
稍微理解一下num+i*2+j:
- num为数组的首地址，i作为第几行，j作为第几列
- 通过
i*2计算得到当前到第几行了（每行2列，所以乘以2） - 最后加
j就是第i行的第j列。
这样直接相加得到的就是这个位置的地址，如果想要取该位置的值，就：*(num+i*2+j)
包括更高维也是一样的。
也正因二维数组本质上就是一维数组，所以在函数传二维数组参数时，你可以省略第一个数字，但绝不能省略第二个数字：
void test(int num[][]) { //错误,第二个数字不能省略
}
void test(int num[][2]) { //正确，第一个数字可以省略
}
为什么？
因为第二个[]中的数字代表一行有几列，编译器也只有知道一行有几列的情况下，才能算出第二行、乃至第n行的地址。
其原因依旧是二位数组本质是一维数组，你不知道第一行有多大，你怎么计算第二行呢？
而第一个[]中的数字代表有几行，这个就无所谓了，C/C++是非常随便的，将所有内存管理权限都交给你了。
就算你只申请了4个内存大小，你也照样能访问之后100位置内存上的数字。
这就属于未定义行为，因为那个位置上的东西不是你申请的，你不知道它的含义，也不知道能不能访问或者修改。
如果乱来，可能程序就直接奔溃了，所以这就是程序员使用C/C++时需要注意的问题。
五、array与vector库
正如上面所说，即使数组只有四个元素，但你依旧去访问100索引为止的内存，是可以访问的，但这种行为并不推荐，因为我们不清楚100位置上内存存放的是什么值、如果随意修改甚至可能导致程序崩溃。
想要解决这个问题，可以使用官方封装好的array与vector这两个库。
前者属于静态数组，我们需要提前指定其大小，后者为动态数组，我们无需指定大小，直观数据存放即可。
首先是array的使用，由于其是静态大小数组，所以我们需要提前指定它的大小：
array<int,10> arr1;
同时由于它使用了模板，需要执行它存放的数据类型，所以这里填入的模板参数为int与10，分别代表存放int类型10个大小的数组空间，
然后重点就来了，由于使用[]符号访问索引即使超出了数组本身的长度，依旧可以访问、但程序很可能会崩溃，并不推荐。
所以array这个结构便封装了at方法，其和[]效果是一致的，参数便是索引。
唯一不同之处在于，如果使用at访问超出数组大小的索引，它就会抛出异常，而我们就可以使用try…catch结构捕获异常，从而在程序不崩溃的情况下查看问题所在。
至于vector和array相同，也提供了at函数、如果超出范围就会抛出异常：
vector底层使用的new/malloc函数动态分配内存，因此并不需要我们指定它的大小，我们可以近乎无限的往其中塞入数据。
C++标准库相关的内容可以参考文章：STL详解
