第 8 章 数组

# 第 8 章 数组 **目录** + [1\. 数组的基本概念](ch08s01.html) + [2\. 数组应用实例：统计随机数](ch08s02.html) + [3\. 数组应用实例：直方图](ch08s03.html) + [4\. 字符串](ch08s04.html) + [5\. 多维数组](ch08s05.html) ## 1. 数组的基本概念 数组（Array）也是一种复合数据类型，它由一系列相同类型的元素（Element）组成。例如定义一个由4个`int`型元素组成的数组count： ``` int count[4]; ``` 和结构体成员类似，数组`count`的4个元素的存储空间也是相邻的。结构体成员可以是基本数据类型，也可以是复合数据类型，数组中的元素也是如此。根据组合规则，我们可以定义一个由4个结构体元素组成的数组： ``` struct complex_struct { double x, y; } a[4]; ``` 也可以定义一个包含数组成员的结构体： ``` struct { double x, y; int count[4]; } s; ``` 数组类型的长度应该用一个整数常量表达式来指定^{[[16](#ftn.id2733250)]}。数组中的元素通过下标（或者叫索引，Index）来访问。例如前面定义的由4个`int`型元素组成的数组`count`图示如下： **图 8.1. 数组count**  整个数组占了4个`int`型的存储单元，存储单元用小方框表示，里面的数字是存储在这个单元中的数据（假设都是0），而框外面的数字是下标，这四个单元分别用`count[0]`、`count[1]`、`count[2]`、`count[3]`来访问。注意，在定义数组`int count[4];`时，方括号（Bracket）中的数字4表示数组的长度，而在访问数组时，方括号中的数字表示访问数组的第几个元素。和我们平常数数不同，数组元素是从“第0个”开始数的，大多数编程语言都是这么规定的，所以计算机术语中有Zeroth这个词。这样规定使得访问数组元素非常方便，比如`count`数组中的每个元素占4个字节，则`count[i]`表示从数组开头跳过`4*i`个字节之后的那个存储单元。这种数组下标的表达式不仅可以表示存储单元中的值，也可以表示存储单元本身，也就是说可以做左值，因此以下语句都是正确的： ``` count[0] = 7; count[1] = count[0] * 2; ++count[2]; ``` 到目前为止我们学习了五种后缀运算符：后缀++、后缀--、结构体取成员.、数组取下标[]、函数调用()。还学习了五种单目运算符（或者叫前缀运算符）：前缀++、前缀--、正号+、负号-、逻辑非!。在C语言中后缀运算符的优先级最高，单目运算符的优先级仅次于后缀运算符，比其它运算符的优先级都高，所以上面举例的`++count[2]`应该看作对`count[2]`做前缀++运算。 数组下标也可以是表达式，但表达式的值必须是整型的。例如： ``` int i = 10; count[i] = count[i+1]; ``` 使用数组下标不能超出数组的长度范围，这一点在使用变量做数组下标时尤其要注意。C编译器并不检查`count[-1]`或是`count[100]`这样的访问越界错误，编译时能顺利通过，所以属于运行时错误^{[[17](#ftn.id2733456)]}。但有时候这种错误很隐蔽，发生访问越界时程序可能并不会立即崩溃，而执行到后面某个正确的语句时却有可能突然崩溃（在[第 4 节 “段错误”](ch10s04.html#gdb.segfault)我们会看到这样的例子）。所以从一开始写代码时就要小心避免出问题，事后依靠调试来解决问题的成本是很高的。 数组也可以像结构体一样初始化，未赋初值的元素也是用0来初始化，例如： ``` int count[4] = { 3, 2, }; ``` 则`count[0]`等于3， `count[1]`等于2，后面两个元素等于0。如果定义数组的同时初始化它，也可以不指定数组的长度，例如： ``` int count[] = { 3, 2, 1, }; ``` 编译器会根据Initializer有三个元素确定数组的长度为3。利用C99的新特性也可以做Memberwise Initialization： ``` int count[4] = { [2] = 3 }; ``` 下面举一个完整的例子： **例 8.1. 定义和访问数组** ``` #include int main(void) { int count[4] = { 3, 2, }, i; for (i = 0; i < 4; i++) printf("count[%d]=%d\n", i, count[i]); return 0; } ``` 这个例子通过循环把数组中的每个元素依次访问一遍，在计算机术语中称为遍历（Traversal）。注意控制表达式`i < 4`，如果写成`i <= 4`就错了，因为`count[4]`是访问越界。 数组和结构体虽然有很多相似之处，但也有一个显著的不同：数组不能相互赋值或初始化。例如这样是错的： ``` int a[5] = { 4, 3, 2, 1 }; int b[5] = a; ``` 相互赋值也是错的： ``` a = b; ``` 既然不能相互赋值，也就_不能用数组类型作为函数的参数或返回值_。如果写出这样的函数定义： ``` void foo(int a[5]) { ... } ``` 然后这样调用： ``` int array[5] = {0}; foo(array); ``` 编译器也不会报错，但这样写并不是传一个数组类型参数的意思。对于数组类型有一条特殊规则：_数组类型做右值使用时，自动转换成指向数组首元素的指针_。所以上面的函数调用其实是传一个指针类型的参数，而不是数组类型的参数。接下来的几章里有的函数需要访问数组，我们就把数组定义为全局变量给函数访问，等以后讲了指针再使用传参的办法。这也解释了为什么数组类型不能相互赋值或初始化，例如上面提到的`a = b`这个表达式，`a`和`b`都是数组类型的变量，但是`b`做右值使用，自动转换成指针类型，而左边仍然是数组类型，所以编译器报的错是`error: incompatible types in assignment`。 ### 习题 1、编写一个程序，定义两个类型和长度都相同的数组，将其中一个数组的所有元素拷贝给另一个。既然数组不能直接赋值，想想应该怎么实现。 * * * ^{[[16](#id2733250)]} C99的新特性允许在数组长度表达式中使用变量，称为变长数组（VLA，Variable Length Array），VLA只能定义为局部变量而不能是全局变量，与VLA有关的语法规则比较复杂，而且很多编译器不支持这种新特性，不建议使用。 ^{[[17](#id2733456)]} 你可能会想为什么编译器对这么明显的错误都视而不见？理由一，这种错误并不总是显而易见的，在[第 1 节 “指针的基本概念”](ch23s01.html#pointer.intro)会讲到通过指针而不是数组名来访问数组的情况，指针指向数组中的什么位置只有运行时才知道，编译时无法检查是否越界，而运行时每次访问数组元素都检查越界会严重影响性能，所以干脆不检查了；理由二，[[C99 Rationale]](bi01.html#bibli.rationale "Rationale for International Standard － Programming Languages － C")指出C语言的设计精神是：相信每个C程序员都是高手，不要阻止程序员去干他们需要干的事，高手们使用`count[-1]`这种技巧其实并不少见，不应该当作错误。 ## 2. 数组应用实例：统计随机数 本节通过一个实例介绍使用数组的一些基本模式。问题是这样的：首先生成一列0~9的随机数保存在数组中，然后统计其中每个数字出现的次数并打印，检查这些数字的随机性如何。随机数在某些场合（例如游戏程序）是非常有用的，但是用计算机生成完全随机的数却不是那么容易。计算机执行每一条指令的结果都是确定的，没有一条指令产生的是随机数，调用C标准库得到的随机数其实是伪随机（Pseudorandom）数，是用数学公式算出来的确定的数，只不过这些数看起来很随机，并且从统计意义上也很接近均匀分布（Uniform Distribution）的随机数。 C标准库中生成伪随机数的是`rand`函数，使用这个函数需要包含头文件`stdlib.h`，它没有参数，返回值是一个介于0和`RAND_MAX`之间的接近均匀分布的整数。`RAND_MAX`是该头文件中定义的一个常量，在不同的平台上有不同的取值，但可以肯定它是一个非常大的整数。通常我们用到的随机数是限定在某个范围之中的，例如0~9，而不是0~`RAND_MAX`，我们可以用%运算符将`rand`函数的返回值处理一下： ``` int x = rand() % 10; ``` 完整的程序如下： **例 8.2. 生成并打印随机数** ``` #include #include #define N 20 int a[N]; void gen_random(int upper_bound) { int i; for (i = 0; i < N; i++) a[i] = rand() % upper_bound; } void print_random() { int i; for (i = 0; i < N; i++) printf("%d ", a[i]); printf("\n"); } int main(void) { gen_random(10); print_random(); return 0; } ``` 这里介绍一种新的语法：用`#define`定义一个常量。实际上编译器的工作分为两个阶段，先是预处理（Preprocess）阶段，然后才是编译阶段，用`gcc`的`-E`选项可以看到预处理之后、编译之前的程序，例如： ``` $ gcc -E main.c ...（这里省略了很多行stdio.h和stdlib.h的代码） int a[20]; void gen_random(int upper_bound) { int i; for (i = 0; i < 20; i++) a[i] = rand() % upper_bound; } void print_random() { int i; for (i = 0; i < 20; i++) printf("%d ", a[i]); printf("\n"); } int main(void) { gen_random(10); print_random(); return 0; } ``` 可见在这里预处理器做了两件事情，一是把头文件`stdio.h`和`stdlib.h`在代码中展开，二是把`#define`定义的标识符`N`替换成它的定义20（在代码中做了三处替换，分别位于数组的定义中和两个函数中）。像`#include`和`#define`这种以#号开头的行称为预处理指示（Preprocessing Directive），我们将在[第 21 章 _预处理_](ch21.html#prep)学习其它预处理指示。此外，用`cpp main.c`命令也可以达到同样的效果，只做预处理而不编译，`cpp`表示C preprocessor。 那么用`#define`定义的常量和[第 3 节 “数据类型标志”](ch07s03.html#struct.datatag)讲的枚举常量有什么区别呢？首先，`define`不仅用于定义常量，也可以定义更复杂的语法结构，称为宏（Macro）定义。其次，`define`定义是在预处理阶段处理的，而枚举是在编译阶段处理的。试试看把[第 3 节 “数据类型标志”](ch07s03.html#struct.datatag)习题2的程序改成下面这样是什么结果。 ``` #include #define RECTANGULAR 1 #define POLAR 2 int main(void) { int RECTANGULAR; printf("%d %d\n", RECTANGULAR, POLAR); return 0; } ``` 注意，虽然`include`和`define`在预处理指示中有特殊含义，但它们并不是C语言的关键字，换句话说，它们也可以用作标识符，例如声明`int include;`或者`void define(int);`。在预处理阶段，如果一行以#号开头，后面跟`include`或`define`，预处理器就认为这是一条预处理指示，除此之外出现在其它地方的`include`或`define`预处理器并不关心，只是当成普通标识符交给编译阶段去处理。 回到随机数这个程序继续讨论，一开始为了便于分析和调试，我们取小一点的数组长度，只生成20个随机数，这个程序的运行结果为： ``` 3 6 7 5 3 5 6 2 9 1 2 7 0 9 3 6 0 6 2 6 ``` 看起来很随机了。但随机性如何呢？分布得均匀吗？所谓均匀分布，应该每个数出现的概率是一样的。在上面的20个结果中，6出现了5次，而4和8一次也没出现过。但这说明不了什么问题，毕竟我们的样本太少了，才20个数，如果样本足够多，比如说100000个数，统计一下其中每个数字出现的次数也许能说明问题。但总不能把100000个数都打印出来然后挨个去数吧？我们需要写一个函数统计每个数字出现的次数。完整的程序如下： **例 8.3. 统计随机数的分布** ``` #include #include #define N 100000 int a[N]; void gen_random(int upper_bound) { int i; for (i = 0; i < N; i++) a[i] = rand() % upper_bound; } int howmany(int value) { int count = 0, i; for (i = 0; i < N; i++) if (a[i] == value) ++count; return count; } int main(void) { int i; gen_random(10); printf("value\thow many\n"); for (i = 0; i < 10; i++) printf("%d\t%d\n", i, howmany(i)); return 0; } ``` 我们只要把`#define N`的值改为100000，就相当于把整个程序中所有用到`N`的地方都改为100000了。如果我们不这么写，而是在定义数组时直接写成`int a[20];`，在每个循环中也直接使用20这个值，这称为硬编码（Hard coding）。如果原来的代码是硬编码的，那么一旦需要把20改成100000就非常麻烦，你需要找遍整个代码，判断哪些20表示这个数组的长度就改为100000，哪些20表示别的数量则不做改动，如果代码很长，这是很容易出错的。所以，_写代码时应尽可能避免硬编码_，这其实也是一个“提取公因式”的过程，和[第 2 节 “数据抽象”](ch07s02.html#struct.abstract)讲的抽象具有相同的作用，就是避免一个地方的改动波及到大的范围。这个程序的运行结果如下： ``` $ ./a.out value how many 0 10130 1 10072 2 9990 3 9842 4 10174 5 9930 6 10059 7 9954 8 9891 9 9958 ``` 各数字出现的次数都在10000次左右，可见是比较均匀的。 ### 习题 1、用`rand`函数生成[10, 20]之间的随机整数，表达式应该怎么写？ ## 3. 数组应用实例：直方图 继续上面的例子。我们统计一列0~9的随机数，打印每个数字出现的次数，像这样的统计结果称为直方图（Histogram）。有时候我们并不只是想打印，更想把统计结果保存下来以便做后续处理。我们可以把程序改成这样： ``` int main(void) { int howmanyones = howmany(1); int howmanytwos = howmany(2); ... } ``` 这显然太繁琐了。要是这样的随机数有100个呢？显然这里用数组最合适不过了： ``` int main(void) { int i, histogram[10]; gen_random(10); for (i = 0; i < 10; i++) histogram[i] = howmany(i); ... } ``` 有意思的是，这里的循环变量`i`有两个作用，一是作为参数传给`howmany`函数，统计数字`i`出现的次数，二是做`histogram`的下标，也就是“把数字`i`出现的次数保存在数组`histogram`的第`i`个位置”。 尽管上面的方法可以准确地得到统计结果，但是效率很低，这100000个随机数需要从头到尾检查十遍，每一遍检查只统计一种数字的出现次数。其实可以把`histogram`中的元素当作累加器来用，这些随机数只需要从头到尾检查一遍（Single Pass）就可以得出结果： ``` int main(void) { int i, histogram[10] = {0}; gen_random(10); for (i = 0; i < N; i++) histogram[a[i]]++; ... } ``` 首先把`histogram`的所有元素初始化为0，注意使用局部变量的值之前一定要初始化，否则值是不确定的。接下来的代码很有意思，在每次循环中，`a[i]`就是出现的随机数，而这个随机数同时也是`histogram`的下标，这个随机数每出现一次就把`histogram`中相应的元素加1。 把上面的程序运行几遍，你就会发现每次产生的随机数都是一样的，不仅如此，在别的计算机上运行该程序产生的随机数很可能也是这样的。这正说明了这些数是伪随机数，是用一套确定的公式基于某个初值算出来的，只要初值相同，随后的整个数列就都相同。实际应用中不可能使用每次都一样的随机数，例如开发一个麻将游戏，每次运行这个游戏摸到的牌不应该是一样的。因此，C标准库允许我们自己指定一个初值，然后在此基础上生成伪随机数，这个初值称为Seed，可以用`srand`函数指定Seed。通常我们通过别的途径得到一个不确定的数作为Seed，例如调用`time`函数得到当前系统时间距1970年1月1日00:00:00^{[[18](#ftn.id2734350)]}的秒数，然后传给`srand`： ``` srand(time(NULL)); ``` 然后再调用`rand`，得到的随机数就和刚才完全不同了。调用`time`函数需要包含头文件`time.h`，这里的`NULL`表示空指针，到[第 1 节 “指针的基本概念”](ch23s01.html#pointer.intro)再详细解释。 ### 习题 1、补完本节直方图程序的`main`函数，以可视化的形式打印直方图。例如上一节统计20个随机数的结果是： ``` 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ``` 2、定义一个数组，编程打印它的全排列。比如定义： ``` #define N 3 int a[N] = { 1, 2, 3 }; ``` 则运行结果是： ``` $ ./a.out 1 2 3 1 3 2 2 1 3 2 3 1 3 2 1 3 1 2 1 2 3 ``` 程序的主要思路是： 1. 把第1个数换到最前面来（本来就在最前面），准备打印1xx，再对后两个数2和3做全排列。 2. 把第2个数换到最前面来，准备打印2xx，再对后两个数1和3做全排列。 3. 把第3个数换到最前面来，准备打印3xx，再对后两个数1和2做全排列。 可见这是一个递归的过程，把对整个序列做全排列的问题归结为对它的子序列做全排列的问题，注意我没有描述Base Case怎么处理，你需要自己想。你的程序要具有通用性，如果改变了`N`和数组`a`的定义（比如改成4个数的数组），其它代码不需要修改就可以做4个数的全排列（共24种排列）。 完成了上述要求之后再考虑第二个问题：如果再定义一个常量`M`表示从`N`个数中取几个数做排列（`N == M`时表示全排列），原来的程序应该怎么改？ 最后再考虑第三个问题：如果要求从`N`个数中取`M`个数做组合而不是做排列，就不能用原来的递归过程了，想想组合的递归过程应该怎么描述，编程实现它。 * * * ^{[[18](#id2734350)]} 各种派生自UNIX的系统都把这个时刻称为Epoch，因为UNIX系统最早发明于1969年。 ## 4. 字符串 之前我一直对字符串避而不谈，不做详细解释，现在已经具备了必要的基础知识，可以深入讨论一下字符串了。字符串可以看作一个数组，它的每个元素是字符型的，例如字符串`"Hello, world.\n"`图示如下： **图 8.2. 字符串**  注意每个字符末尾都有一个字符`'\0'`做结束符，这里的`\0`是ASCII码的八进制表示，也就是ASCII码为0的Null字符，在C语言中这种字符串也称为以零结尾的字符串（Null-terminated String）。数组元素可以通过数组名加下标的方式访问，而字符串字面值也可以像数组名一样使用，可以加下标访问其中的字符： ``` char c = "Hello, world.\n"[0]; ``` 但是通过下标修改其中的字符却是不允许的： ``` "Hello, world.\n"[0] = 'A'; ``` 这行代码会产生编译错误，说字符串字面值是只读的，不允许修改。字符串字面值还有一点和数组名类似，做右值使用时自动转换成指向首元素的指针，在[第 3 节 “形参和实参”](ch03s03.html#func.paraarg)我们看到`printf`原型的第一个参数是指针类型，而`printf("hello world")`其实就是传一个指针参数给`printf`。 前面讲过数组可以像结构体一样初始化，如果是字符数组，也可以用一个字符串字面值来初始化： ``` char str[10] = "Hello"; ``` 相当于： ``` char str[10] = { 'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0' }; ``` `str`的后四个元素没有指定，自动初始化为0，即Null字符。注意，虽然字符串字面值`"Hello"`是只读的，但用它初始化的数组`str`却是可读可写的。数组`str`中保存了一串字符，以`'\0'`结尾，也可以叫字符串。在本书中只要是以Null字符结尾的一串字符都叫字符串，不管是像`str`这样的数组，还是像`"Hello"`这样的字符串字面值。 如果用于初始化的字符串字面值比数组还长，比如： ``` char str[10] = "Hello, world.\n"; ``` 则数组`str`只包含字符串的前10个字符，不包含Null字符，这种情况编译器会给出警告。如果要用一个字符串字面值准确地初始化一个字符数组，最好的办法是不指定数组的长度，让编译器自己计算： ``` char str[] = "Hello, world.\n"; ``` 字符串字面值的长度包括Null字符在内一共15个字符，编译器会确定数组`str`的长度为15。 有一种情况需要特别注意，如果用于初始化的字符串字面值比数组刚好长出一个Null字符的长度，比如： ``` char str[14] = "Hello, world.\n"; ``` 则数组`str`不包含Null字符，并且编译器不会给出警告，[[C99 Rationale]](bi01.html#bibli.rationale "Rationale for International Standard － Programming Languages － C")说这样规定是为程序员方便，以前的很多编译器都是这样实现的，不管它有理没理，C标准既然这么规定了我们也没办法，只能自己小心了。 补充一点，`printf`函数的格式化字符串中可以用`%s`表示字符串的占位符。在学字符数组以前，我们用`%s`没什么意义，因为 ``` printf("string: %s\n", "Hello"); ``` 还不如写成 ``` printf("string: Hello\n"); ``` 但现在字符串可以保存在一个数组里面，用`%s`来打印就很有必要了： ``` printf("string: %s\n", str); ``` `printf`会从数组`str`的开头一直打印到Null字符为止，Null字符本身是Non-printable字符，不打印。这其实是一个危险的信号：如果数组`str`中没有Null字符，那么`printf`函数就会访问数组越界，后果可能会很诡异：有时候打印出乱码，有时候看起来没错误，有时候引起程序崩溃。 ## 5. 多维数组 就像结构体可以嵌套一样，数组也可以嵌套，一个数组的元素可以是另外一个数组，这样就构成了多维数组（Multi-dimensional Array）。例如定义并初始化一个二维数组： ``` int a[3][2] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; ``` 数组`a`有3个元素，`a[0]`、`a[1]`、`a[2]`。每个元素也是一个数组，例如`a[0]`是一个数组，它有两个元素`a[0][0]`、`a[0][1]`，这两个元素的类型是`int`，值分别是1、2，同理，数组`a[1]`的两个元素是3、4，数组`a[2]`的两个元素是5、0。如下图所示： **图 8.3. 多维数组**  从概念模型上看，这个二维数组是三行两列的表格，元素的两个下标分别是行号和列号。从物理模型上看，这六个元素在存储器中仍然是连续存储的，就像一维数组一样，相当于把概念模型的表格一行一行接起来拼成一串，C语言的这种存储方式称为Row-major方式，而有些编程语言（例如FORTRAN）是把概念模型的表格一列一列接起来拼成一串存储的，称为Column-major方式。 多维数组也可以像嵌套结构体一样用嵌套Initializer初始化，例如上面的二维数组也可以这样初始化： ``` int a[][2] = { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, } }; ``` 注意，除了第一维的长度可以由编译器自动计算而不需要指定，其余各维都必须明确指定长度。利用C99的新特性也可以做Memberwise Initialization，例如： ``` int a[3][2] = { [0][1] = 9, [2][1] = 8 }; ``` 结构体和数组嵌套的情况也可以做Memberwise Initialization，例如： ``` struct complex_struct { double x, y; } a[4] = { [0].x = 8.0 }; struct { double x, y; int count[4]; } s = { .count[2] = 9 }; ``` 如果是多维字符数组，也可以嵌套使用字符串字面值做Initializer，例如： **例 8.4. 多维字符数组** ``` #include void print_day(int day) { char days[8][10] = { "", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday", "Sunday" }; if (day < 1 || day > 7) printf("Illegal day number!\n"); printf("%s\n", days[day]); } int main(void) { print_day(2); return 0; } ``` **图 8.4. 多维字符数组**  这个程序中定义了一个多维字符数组`char days[8][10];`，为了使1~7刚好映射到`days[1]~days[7]`，我们把`days[0]`空出来不用，所以第一维的长度是8，为了使最长的字符串`"Wednesday"`能够保存到一行，末尾还能多出一个Null字符的位置，所以第二维的长度是10。 这个程序和[例 4.1 “switch语句”](ch04s04.html#cond.switch1)的功能其实是一样的，但是代码简洁多了。简洁的代码不仅可读性强，而且维护成本也低，像[例 4.1 “switch语句”](ch04s04.html#cond.switch1)那样一堆`case`、`printf`和`break`，如果漏写一个`break`就要出Bug。这个程序之所以简洁，是因为用数据代替了代码。具体来说，通过下标访问字符串组成的数组可以代替一堆`case`分支判断，这样就可以把每个`case`里重复的代码（`printf`调用）提取出来，从而又一次达到了“提取公因式”的效果。这种方法称为数据驱动的编程（Data-driven Programming），写代码最重要的是选择正确的数据结构来组织信息，设计控制流程和算法尚在其次，只要数据结构选择得正确，其它代码自然而然就变得容易理解和维护了，就像这里的`printf`自然而然就被提取出来了。[[人月神话]](bi01.html#bibli.manmonth "The Mythical Man-Month: Essays on Software Engineering")中说过：“Show me your flowcharts and conceal your tables, and I shall continue to be mystified. Show me your tables, and I won't usually need your flowcharts; they'll be obvious.” 最后，综合本章的知识，我们来写一个最简单的小游戏－－剪刀石头布： **例 8.5. 剪刀石头布** ``` #include #include #include int main(void) { char gesture[3][10] = { "scissor", "stone", "cloth" }; int man, computer, result, ret; srand(time(NULL)); while (1) { computer = rand() % 3; printf("\nInput your gesture (0-scissor 1-stone 2-cloth):\n"); ret = scanf("%d", &man); if (ret != 1 || man < 0 || man > 2) { printf("Invalid input! Please input 0, 1 or 2.\n"); continue; } printf("Your gesture: %s\tComputer's gesture: %s\n", gesture[man], gesture[computer]); result = (man - computer + 4) % 3 - 1; if (result > 0) printf("You win!\n"); else if (result == 0) printf("Draw!\n"); else printf("You lose!\n"); } return 0; } ``` 0、1、2三个整数分别是剪刀石头布在程序中的内部表示，用户也要求输入0、1或2，然后和计算机随机生成的0、1或2比胜负。这个程序的主体是一个死循环，需要按Ctrl-C退出程序。以往我们写的程序都只有打印输出，在这个程序中我们第一次碰到处理用户输入的情况。我们简单介绍一下`scanf`函数的用法，到[第 2.9 节 “格式化I/O函数”](ch25s02.html#stdlib.formatio)再详细解释。`scanf("%d", &man)`这个调用的功能是等待用户输入一个整数并回车，这个整数会被`scanf`函数保存在`man`这个整型变量里。如果用户输入合法（输入的确实是数字而不是别的字符），则`scanf`函数返回1，表示成功读入一个数据。但即使用户输入的是整数，我们还需要进一步检查是不是在0~2的范围内，写程序时对用户输入要格外小心，用户有可能输入任何数据，他才不管游戏规则是什么。 和`printf`类似，`scanf`也可以用`%c`、`%f`、`%s`等转换说明。如果在传给`scanf`的第一个参数中用`%d`、`%f`或`%c`表示读入一个整数、浮点数或字符，则第二个参数的形式应该是&运算符加相应类型的变量名，表示读进来的数保存到这个变量中，&运算符的作用是得到一个指针类型，到[第 1 节 “指针的基本概念”](ch23s01.html#pointer.intro)再详细解释；如果在第一个参数中用`%s`读入一个字符串，则第二个参数应该是数组名，数组名前面不加&，因为数组类型做右值时自动转换成指针类型，在[第 2 节 “断点”](ch10s02.html#gdb.bp)有`scanf`读入字符串的例子。 留给读者思考的问题是：`(man - computer + 4) % 3 - 1`这个神奇的表达式是如何比较出0、1、2这三个数字在“剪刀石头布”意义上的大小的？