重回C语言之老兵重装上阵（九）字符串

C 语言字符串

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在 C 编程语言中，字符串是由一系列字符组成的字符数组。字符串是以 空字符 \0 结尾的，以此标志字符串的结束。

1. 字符串的定义与表示

1.1 字符串定义

在 C 语言中，字符串是通过字符数组来定义的。定义字符串的一种常见方式是使用字符数组，数组的大小需要至少能容纳所有字符和一个结尾的空字符 \0。

char str[6] = "Hello"; // 包括 '\0' 结尾字符

在这个例子中，str 数组有 6 个元素，分别是 H, e, l, l, o, \0。

1.2 字符串初始化

初始化字符串时，可以直接赋值：

char str[] = "Hello";  // 自动分配 6 个字符大小

C 编译器会自动根据字符串内容计算数组的大小，因此 str 实际上是一个包含 6 个字符的数组：H, e, l, l, o, \0。

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2. 字符串的内存布局

C 字符串的内存中包括字符数组及结尾的空字符 \0。例如：

char str[] = "C Program";

内存布局为：

C	空格	P	r	o	g	r	a	m	\0
67	0	80	114	111	103	114	97	109	0

这里 C 的 ASCII 值是 67，P 是 80，以此类推，最后是空字符 \0，它表示字符串的结束。

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3. 常见字符串操作函数

在 C 中，标准库提供了一些常见的字符串操作函数，主要包括 <string.h> 头文件中的函数。

3.1 strlen()

strlen() 用于计算字符串的长度（不包括 \0）。

#include <string.h>

size_t len = strlen("Hello");  // 返回 5

3.2 strcpy()

strcpy() 用于将一个字符串拷贝到另一个字符串。

#include <string.h>

char dest[10];
strcpy(dest, "World");  // 将 "World" 拷贝到 dest

3.3 strcat()

strcat() 用于将两个字符串连接起来。

#include <string.h>

char str1[20] = "Hello";
char str2[] = " World!";
strcat(str1, str2);  // str1 变为 "Hello World!"

3.4 strcmp()

strcmp() 用于比较两个字符串，返回值分别为：

• 0：字符串相同
• 正数：第一个字符串大于第二个
• 负数：第一个字符串小于第二个

#include <string.h>

int result = strcmp("apple", "banana");  // 返回负值

3.5 strchr()

strchr() 用于查找字符在字符串中首次出现的位置。

#include <string.h>

char *p = strchr("Hello", 'e');  // p 指向 'e'

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4. 字符串与字符数组的区别

虽然字符串是以字符数组的形式存在的，但它与普通的字符数组还是有一些不同之处：

• 空字符 \0 ：字符串必须以空字符 \0 结尾，这意味着字符串在内存中会占用额外的一个字节。
• 字符数组 ：普通的字符数组没有 \0 限制，可以包含任意字符或数据。

char str[] = "hello";  // 字符数组包含 5 个字符 + 1 个 '\0'
char arr[] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };  // 不包含 '\0'

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5. 动态分配字符串

C 语言中可以使用 malloc() 或 calloc() 来动态分配内存以存储字符串。

#include <stdlib.h>
#include <string.h>

char *str = (char *)malloc(20 * sizeof(char));  // 动态分配 20 个字符大小的内存
strcpy(str, "Hello, dynamic memory!");

在使用 malloc() 分配内存时，需要手动释放内存：

free(str);  // 释放动态分配的内存

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6. 字符串常见错误

6.1 字符串溢出

在 C 中，字符串的长度通常需要自己管理。若字符数组大小不足，可能导致字符串溢出。

char str[5];
strcpy(str, "Hello");  // 溢出，会导致未定义行为

6.2 忘记结尾的 \0

字符串必须以 \0 结尾，若忘记加 \0，会导致字符串操作函数出错。

char str[] = "Hello";  // 正确
char str[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};  // 错误，缺少 '\0'