1. 概述
本篇来讨论数组，在开始数组之前，我们先来理解指针是什么，有关于指针的内容可以看C++指针这篇。指针基本上是C++数组工作方式的基础，所以我们一定要理解这一点。
什么是数组，数组基本上是元素的集合，按特定的顺序排列的一堆东西。在我们的例子中，C++数组就是表示一堆的变量组成的集合，一般是一行相同类型的变量。
数组如此重要和有用的原因，是我们经常想要表示一大堆数据的数据集合。对于我们来说，创建一大堆变量是没有意义的，这些数据应该放在一个数据集中。因为变量需要手动创建，我们需要进入代码中，指定变量并给它们命名。然而有时候，我们只是想要能够存储50个整数，代表某种数据。我不想去详细说明，整数1号，整数2号...一直到整数50号。因为首先，这太恐怖了，无法维护，想象一下，要设置所有这些变量等于0，那么我们就要写50行代码，手工将这些代码设置为0，处理这么多变量真的很难。在这种情况下，我们想做的是使用一个数组来包含所有50个相同类型的元素。在这种情况下，这些整数，处理起来就轻松多了。记住，数组基本上就像在一个变量中有多个变量，我们给一个数组起一个名字，通过这个，我们可以创建数组，引用尽可能多的变量。
2. 案例
1. 项目准备
准备一个简单的项目，项目中有一个main.cpp文件，文件内容如下
2. 开始案例
定义数组非常简单，假设我们想要一个有5个整数的数组，我们写上我们想要的的数组类型，然后给它一个名字，然后加上中括号，中括号里面给上我们想要放入多少个元素，如int exemple[5];
现在，我们有了一个拥有5个整数的数组，而且分配了足够的空间来存储这5个整数。
现在我们要设置和访问这些整数。我们可以写数组的名字然后跟上中括号，在中括号内写上一种叫做索引（index）的东西。索引（index）是我们在数组中指向的那一个变量或者元素。第一个元素的索引是0，因为在C++中，下标是从0开始的，这意味着下标0代表第一个元素。example[0]， 我们可以把这个设置成任意整数，因为它只是一个整数，这是一个整数数组，当我们在一个特定的索引上访问这些元素之一时，我们得到这个元素的类型就是数组的类型，这里是整形。例如我让它等于2
你可能会注意，我们为5个整形分配了空间，第一个的索引是0，这意味着既然我们分配了5个整形，最后一个索引，应该是4而不是5，因为如果是5的话，就相当于第六个元素了。
其他的元素先不设置。
读取这些元素很简单，假设我们想打印某个元素，我们只需要指明索引就行了
如果我们想打印这个数组，我们需要打印这个数组的地址
因为exemple这实际上是一个指针类型。我说过，当我们索引数组中的元素时，我们会得到底层的数据类型，在本例中是int。当然，我可以创建一个新变量，然后将数组中的值复制给这个变量
可以看到这里的数据类型，只是一个普通的int类型。
如果我试图访问一个索引，不在数组里面，例如试图访问-1或5，我们会得到Memory access violation（内存访问违规）
因为我在试图访问不属于我的内存，在debug模式下，我们会得到一个程序崩溃的错误消息，来帮助我们调试那些问题。然而，在release模式下，我们可能不会得到报错信息，这意味着我们已经写入了不属于我们的内存。这一点非常重要，我们要确保，我们总是在数组的边界以内写东西。因为如果你没有，它会导致一些很难调试的问题，因为我们刚刚修改了内存，这些内存不是这个数组的一部分。而是有可能是源代码中，另一个变量的一部分。我们只是在没有意识到的情况下，将代码中的其他变量改掉了。所以要确保我们设置了安全检查，确保我们写的东西没有超出界限。
数组与for循环经常在一起。因为for循环可以通过索引来遍历，在一个特定的范围内，如果我们想设置example数组中的每一个值，可以通过for循环实现。如果没有for循环，我们需要检查所有这些索引，并手动设置。
然而，通过创建一个for循环，遍历数组的整个长度
我们所做的是循环遍历整个数组，我们从索引0到索引4，因为索引4是最后一个小于5的值。我们也可写成小于等于4
但是没人会这样写，因为这涉及到性能的问题，因为你在做小于以及等于的比较，所以它必须做等于比较，而不仅是做小于比较。
所以它几乎总是写成小于的形式，而不是小于等于的形式。
我们在std::cin.get();这行打上断点
F5运行我们的程序，我们可以看这在我们的内存中是什么样子的。
在内存视图上，我们要找到数组的地址，example实际上是它自己的内存地址，因为example是一个整形指针。所以我们在内存视图的地址栏输入exemple
回车
可以看到，数组值一字排开，所以数组最重要的一点，他们是连续的存储数据，这意味着他们的数据排成一排，我给5个整数分配了内存空间，这意味着我将它们一个接一个的放进内存中。在内存中，每个整数是4个字节，所以我在这里得到的是一行20字节的内存。它被分成几个4字节段，当然并不是真的分成了4字节段，而是，当我们通过代码访问它时，它被分为4字节段，即使没有字面上的分开。这就是我们在内存视图中看到的，我们会看到5个2，每个占据4字节，因为它们是int整形。当我们通过example[i]来访问特定索引时，它实际上做的是，对这个内存取了一个偏移量。在索引2的地方，example[2]，它会从数组开头开始，可以看到，它只需要增加8个字节，因为每个整数有4个字节，我们想要访问元素2，这是索引从0开始之后的第三个元素，所以索引是2的元素，地址偏移是每个元素的大小乘2，向后8个字节到这里
如果我们给exemple[2]赋值，它会写入到它所在的这部分内存中。
数组实际上只是一个指针。int exemple[5];一个整形指针，通过这段内存，它包含5个整数，这意味着我们可以在这里创建一个变量，它是一个整形指针，并给它赋值example，int* ptr = example。
可以看到它正常工作。编译也正常。
因为example只是一个整形指针。
现在，正如我指出的，访问2号元素，设置等于5或类似的东西
结果写入从指针开始8个字节的偏移量（的地址），所以这部分实际上可以用指针简单的重写，指针算术上是ptr + 2，因为我们向前了2个元素，然后逆引用并设置为6，*(ptr + 2) = 6;，我们将这部分内容放到for循环后面，并加上断点，如下
F5运行我们的程序，并在地址栏输入exemple指针
回车
可以看到第三个元素的数字被设置成了5。
我们按下F10，让程序往下走，
可以看到第三个元素的数字变成了6。
注意，ptr + 2对于这个指针，我们写上+2，并不是指字节，我这样做的原因是，当我们处理指针运算时，当我们只是在一个指针上加上像2这样的值，来计算实际要加的字节数（偏移）时，这取决于类型，这里由于指针是一个int指针，将会增加2*4的偏移，因为4是每个int型的字节大小。
如果我真的想用字节来处理，我们可以将这个ptr指针转换成一字节的类型，例如char*。如果我这样做，我就得加上刚才提到的8个字节*((char*)ptr + 8) = 6;，因为我想写的是一个四字节的整数，不仅仅是一个字节char的大小，一旦我们加上的是8个字节，我们需要把类型转换回int指针类型*(int*)((char*)ptr + 8) = 6;，这个指向的就是整形了。我可以令它等于6。这是相当奇怪的代码
我们F5运行程序，并在内存视图的地址栏输入exemple回车
可以看到，第三个元素被设置为了5
我们继续按下F10
可以看到，我们得到了完全相同的结果。这样做相当的花里胡哨，但实际上我在这里的写的*(int*)((char*)ptr + 8)就是这个索引exemple[2]。这不是魔术，这就是数组的原理，它们只是一个连续的数据块。我们可以像索引一本书一样索引它们，然后写到特定的页面。刚才这种情况是写入整数。
我们还可以在堆上（heap）创建一个数组。我们还没有讨论栈和堆，以及它们的内存是如何运作的，我们将在后续讲到它们，很快。
同样的，我们可以通过new关键字来创造一个对象（实例），同样，我们也可以通过使用new来创建一个数组。int* another = new int[5];，
这代码和之前的代码是一个意思，然而，它们的生存期是不同的，int exemple[5];这个是在栈上创建的，当代码执行在main函数的介绍括号时，这个example就会被销毁，因为跳出了作用域。如果是在堆上创建的话，直到我们程序把他销毁之前，他都是处于活动状态，所以我们需要调用delete关键字来删除，因为这是一个数组，我们在这里使用数组的操作符[]来分配内存，所以我们使用了带方括号的new关键字，所以我们删除也需要使用方括号来删除它delete[] another;
我们写上一个for循环，来给数组赋值，并加上断点。
按F5运行我们的程序
在内存视图的地址栏中输入exemple指针，回车
同样的我们在内存视图的地址栏中输入another指针，回车
我们也会得到一样的结果。那么为什么要动态的使用new来分配，而不是在栈上创建呢？最大的原因是生存期，用new来分配的内存，它将会一直存在，直到我们调用delete来删除它。如果我们有一个函数返回一个数组，例如，我们必须使用一个new关键字来分配它，除非我们传入一个数组的地址参数，如果我们想返回一个数组，这个数组是在函数中创建的，那么我们需要使用new关键字。
1. 间接寻址
此外还有一件事需要注意，那就是间接寻址，因为我们实际上有一个指针，那个指针会指向另一个内存块，这个内存块保存了我们实际的数组，这将会产生某种内存碎片（memory fragmentation）、缓存丢失（cache miss），这个在后续中再去了解。
举个简单的例子，如果我创建一个名为Entity的类，然后将example数组移动到Entity类中。然后我们写一个构造函数，将for循环放入其中。如下
然后，我们在main函数中创建Entity对象，去掉多余的代码，如下
按下F5运行我们的程序
如果我们到Entity对象e的内存地址，并按下回车
我们可以看到这里的内存情况，Entity的内存地址上，实际上就是一行，包含了数组的所有的2，所有的数据。
然而，如果，我们在Entity类的成员变量使用new来创建对象，如下
我们运行我们的代码，并在地址栏中输入&e
我们根本没有看到2，我们看到是另一个内存地址，这个内存地址就是int* exemple，现在我们可以将这个内存地址放入内存视图的地址栏中，但是要反过来写，因为Endian（字节存储次序）的原因。
回车
我们可以拿到我们的实际数据2。这就是所谓的（memory indirection）内存间接寻址。
我们实际上得到e的内存地址，它包含另一个地址，是我们数组的实际内存地址。这意味着当我们想要访问这个数组时，我们基本是要在代码周围跳来跳去，首先找到Entity，接着找到数组。所以，只要有可能，我们应该在栈上创建数组来避免这种情况，因为像这样在内存中跳来跳去肯定会影响性能。
现在，我还想提一下，C++11里面的数组。在C++11中，我们有标准数组std::array，这是一个内置数据结构，在C++11库中。很多人喜欢用它来代替我在这里展示的原始数组，因为它有很多优点，比如它有边界检查，记录数组大小，另外一点，我还没提到的一点是，实际上没有办法计算出原始数组的大小。如果我们像在Entity中这样在堆中分配一个数组int* exemple = new int[5];，在很多语言中可能会有size()这样的函数，类似于exemple->size()，但是C++中不能，因为我们无法知道数组的大小，其实，虽然我说不可能，其实显然有一些方法，因为当我们删除这个数组时，编译器需要知道实际上要释放多少内存。是的，有一种方法是，通过编译器相关的东西，它可能有时存储在数组的一个负索引里面，比如负的索引一，这取决于很多因素，我们还不能确认，所以也无法信任这种。因此，我们不应该在数组内存中，访问数组的大小，这是危险的。如果我们在栈上分配一个数组int a[5]，我们实际上不知道它的实际大小，它是在栈上分配的，也就是说，这是栈上的（地址）加上偏移量。所以如果我们写sizeof(a)，我们将实际得到的是数组占了多少字节
int是4个字节，我们有5个元素，也就是20个字节，这个sizeof(a)会返回20个字节，如果我们想知道里面有多少元素，我们可以把它们除以数据类型的大小，就像这样sizeof(a) / sizeof(int)，这代码会给出元素的计数，这里喜欢称它为计算器，而不是大小size，就个人而言，使用size时，更倾向于字节数，使用count时，更倾向于元素数量。
int count = sizeof(a) / sizeof(int);这个式子得出的也就是我们已经分配的元素的数量。
然而，我们如果用exemple做同样的事情，
sizeof(exemple)我们实际得到的是一个整形指针的大小是4个字节，除以sizeof(int)，得到的结果是1，这是错误的。所以要使用这个方法，我们必须在栈中分配数组。如果我们要把它变成一个栈分配的数组，它也会起作用。
然而，我们不能真的相信这个方法，当我们将它放在某个函数里面或其他东西，它如果一旦变成了int指针，那结果就错了，完蛋。所以我们要做的是自己维护自己的数组大小。从这个意义上说，这糟糕透了，但它就是这样运作的，我们必须自己维护它。
我们可以声明一个常量size，大小为5，const int size = 5;，然后将这个size放入到int exemple[size]这里。
结果报错了，因为我们不能这么做，当我们在栈中为数组申请内存时，它必须是一个编译时就需要知道的常量。这里要打个*号，因为这是C++，有这个问题。所以，我们必须要标记为static，这里还可以使用常量表达式constexpr，在类中的常量表达式必须是静态的。
不过我们可以使用const
所以这就是处理这个问题的方法。在这个例子中我们可以将size命名为exempleSize，因为它是专门处理exemple数组的。
然后，我们就可以把这个放进我们的for循环中，这些东西就知道我们的数组的大小了
如果我们使用C++11，std::array，我们要确保加入了array头文件，我们可以写std::array后面接上尖括号<>，我们需要类型名和大小，然后命名std::array<int, 5> another;
然后，要填满它，在for循环中，我们可以写上another.size()，得到数组的大小。这是一种很简单的处理方法。
当然，这确实会有开销，因为如果我们想的话，它会做所有的边界检查，它实际上也保持了一个整数size（数组大小），所以这会有一些开销，通常这都是值得的。
