【C语言简明教程提纲】(三):字符串与编译预处理

前言

本系列C语言教程将补充C语言的基础部分，适合具有一定语言基础的朋友进行复习。
第一期：【C语言简明教程】(一):数据类型,表达式与控制结构-CSDN博客
第二期：【C语言简明教程提纲】(二)：函数你值得拥有-CSDN博客
以下是本系列的目录
- 字符串使用（本节）
- 编译预处理（本节）
- 数组与函数
- 数组定义和引用
- 指针定义和使用
- 指针与数组、与字符串、与函数
- 结构体定义、结构体数组、结构体指针
- 文件定义和操作。
- 常用算法
关于数值和指针两个难点，可以参考之前写的文章，浅显易懂，适合初学者的朋友
- 【C语言备课课件】（上）数组array
- 【C语言备课课件】（下）指针pointer

0 前置知识-进制转换

0-1 进制表

在 C 语言中，字符串的 八进制转义字符 和 十六进制转义字符 本质上是 ASCII 数值表示，因此需要简单了解进制转换。

0-2 十六进制 → 十进制（手算方法）

十六进制的基数是 16 。0~9和a~f
计算方法：每一位 × 16 的幂每一位 × 16 的幂每一位×16的幂
例如： 0 x 41 0x41 0x41
计算就是

c 复制代码

4 × 16¹ + 1 × 16⁰
= 64 + 1
= 65

0-3 八进制 → 十进制（手算方法）

同样的道理，八进制基数是 8 。0~7
计算方法：每一位 × 8 的幂每一位 × 8 的幂每一位×8的幂
例如： 141 ( 八进制 ) 141(八进制) 141(八进制)
计算就是:

c 复制代码

1 × 8² + 4 × 8¹ + 1 × 8⁰  
= 64 + 32 + 1  
= 97

1 字符串使用

1-1 字符串定义

在 C 语言中并没有专门的 string 类型，字符串本质上是字符数组 ，并且以 \0（空字符）作为结束标志。

c 复制代码

char str[] = "hello";
//等价写法
char str[] = {'h','e','l','l','o','\0'};

在内存中实际存储为：

c 复制代码

h e l l o \0

\0 非常重要，它表示 字符串结束，许多字符串函数都是依靠它来判断字符串长度的。

c 复制代码

sizeof(str)==6

1-2 自定义字符串长度

字符串长度可以通过遍历 \0 计算。

c 复制代码

#include <stdio.h>

unsigned int myStrlen(char str[])
{
    unsigned int i = 0;
    while (str[i] != '\0')
    {
        i++;
    }
    return i;


}
int main()
{
    char str[] = "hello";
    printf("字符串的长度为%u", myStrlen(str));
    return 0;
}

当然我们平常肯定用内置的函数

1-3 常用字符串函数

C 语言在 string.h 中提供了许多字符串处理函数。

c 复制代码

#include <string.h>

常用函数如下：

函数	作用
`strlen(str)`	计算字符串长度
`strcpy(a,b)`	字符串复制
`strcat(a,b)`	字符串连接
`strcmp(a,b)`	字符串比较

strlen:计算字符串长度(不计算 \0)

c 复制代码

char str[] = "hello";  
printf("%d", strlen(str));

sizeof(str) //-> 包含 '\0' 的数组总大小
strlen(str) //-> 不包括 '\0' 的字符长度

strcpy:字符串复制。

c 复制代码

char a[20];
char b[] = "hello";

strcpy(a, b);

strcat:字符串连接.

c 复制代码

char a[20] = "hello ";
char b[] = "world";

strcat(a, b);

strcmp:字符串比较

c 复制代码

printf("%d", strcmp("abc","abd"));

返回值	含义
0	两字符串相等
>0	a > b
<0	a < b

1-4 字符串数组

可以定义字符串数组存储多个字符串。

c 复制代码

char str[3][10] = {
    "apple",
    "banana",
    "orange"
};

2 转义字符

2-1 定义

在字符串中，有些字符 无法直接通过键盘输入 ，或者具有 特殊含义 ，这时就需要使用 转义字符（Escape Character）。
转义字符以 反斜杠 \ 开头。例如：

c 复制代码

printf("hello\nworld");

其中的\n表示换行符。

2-2 常见转义字符

转义字符	含义
`\n`	换行
`\t`	水平制表符（Tab）
`\\`	输出反斜杠 `\`
`\"`	输出双引号 `"`
`\'`	输出单引号 `'`
`\0`	字符串结束符

举例：

c 复制代码

printf("hello\nworld\n");
printf("hello\tworld\n");
printf("\\n 表示换行\n");

输出：

c 复制代码

hello
world
hello    world
\n 表示换行

2-3 八进制转义字符

转义字符还可以表示 ASCII 码字符。格式如下：

c 复制代码

\ooo

其中ooo 为 1~3 位八进制数
举例：

c 复制代码

printf("\141\n");

输出结果为：a，因为141(八进制) = 97(十进制)，而ASCII 码 97 对应字符为a

2-4 十六进制转义字符

格式如下：

c 复制代码

\xhh

其中：
- hh为十六进制数
举例：

c 复制代码

printf("\x61\n");

输出结果为：a,因为61(十六进制)= 97(十进制)

2-5 复杂例子

我们来看一个稍复杂的例子：

c 复制代码

char s[] = "a\128b\\\tcd\xdg\n";  
printf("%d", strlen(s));

展开分析为：

c 复制代码

a
\12 //(八进制转义字符只能使用数字 0~7)
8
b
\  //(//转义为一个/)
\t
c
d
\xd //十六进制转义字符只能使用0~9 A~F a~f
g
\n

故答案为11

3 字符串输入

在 C 语言中，字符串本质是字符数组 ，所以输入字符串的方式和数组类似。常用方法主要有:
1. scanf
2. gets（不推荐）
3. fgets（安全推荐）

3-1 使用 `scanf` 输入字符串

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main()
{
    char str[20];

    printf("请输入字符串：");
    scanf("%s", str);

    printf("你输入的字符串是：%s\n", str);

    return 0;
}

注意事项：
1. %s 会自动在字符串末尾加上 \0
2. 遇到空格就结束输入

3-2 使用 `gets`（不推荐）

c 复制代码

char str[20];  
gets(str);

特点：
- 可以读取空格
- 遇到换行符 \n 就停止读取
- 不安全：无法限制输入长度，容易导致缓冲区溢出
gets 函数已经被弃用

3-3 使用 `fgets`（安全推荐）

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main()
{
    char str[20];

    printf("请输入字符串：");
    fgets(str, sizeof(str), stdin);

    printf("你输入的字符串是：%s", str);

    return 0;
}

说明：
- 第一个参数是存储字符串的数组
- 第二个参数是 数组大小
- 第三个参数是输入流，一般为 stdin
- 遇到换行符 \n 就停止读取
- 会把换行符 \n 一起读入，如果不想要可以用：

c 复制代码

str[strcspn(str, "\n")] = '\0';

4 字符串与字符数组

4-1 定义区别

字符数组：

c 复制代码

char str1[] = {'h','e','l','l','o','\0'};

字符串字面量指针：

c 复制代码

char *str2 = "hello";

特性	`char str[]`	`char *str`
存储位置	数组在栈（局部变量）或全局区	字符串字面量在只读区
是否可修改	可修改（如 `str[0]='H'`）	不可修改（修改会导致未定义行为）
长度计算	可用 `sizeof(str)` 得到数组大小	`sizeof(str)` 得到指针大小，需要 `strlen(str)`

4-2与函数结合

数组名作为实参传递：

c 复制代码

void printArray(char arr[]) { ... }  
printArray(str1); // 传递的是首元素地址

修改函数内部的内容会影响原数组：

c 复制代码

void modify(char arr[]) {  
    arr[0] = 'H';  
}  
modify(str1); // str1[0]变为'H'

字符串字面量指针传入函数：

c 复制代码

void modify(char *s) {  
    s[0] = 'H'; // 未定义行为，通常会崩溃  
}  
modify(str2);

5 编译预处理

5-1 定义

编译预处理 （Preprocessing）是 C 语言编译的第一步，在正式编译前会进行：
1. 宏定义展开
2. 头文件包含
3. 条件编译
4. 行号信息处理
预处理由 预处理器（cpp） 完成，指令以 # 开头。

5-2 常用预处理指令

指令	作用	示例
`#define`	定义宏	`#define PI 3.14`
`#undef`	取消宏定义	`#undef PI`
`#include`	引入头文件	`#include <stdio.h>`
`#if` / `#ifdef` / `#ifndef` / `#else` / `#elif` / `#endif`	条件编译	见示例
`#error`	报错信息	`#error "必须定义宏"`
`#pragma`	特定编译器指令	`#pragma once`

5-3 宏函数

宏函数 （Macro Function）其实是 通过 #define 定义的带参数的宏 ，它本质上并不是函数，而是 在预处理阶段进行文本替换。
语法：

c 复制代码

#define 宏名(参数1, 参数2, ...) 替换内容

例子：

c 复制代码

#define SQUARE(x) ((x)*(x))

这里 SQUARE(x) 是宏函数
(x)*(x)) 防止宏被放到更复杂表达式中时优先级错误。
宏展开时会直接替换：

c 复制代码

int a = 5;
int b = SQUARE(a); // 编译前会变成 ((a)*(a))

特性	说明
预处理展开	宏函数在编译前被展开为文本，不会生成函数调用
无类型检查	宏参数不会检查类型，容易出错
效率高	没有函数调用开销，但可能导致代码膨胀
可能产生副作用	如果参数中有表达式，可能被重复计算

总之这东西一般不太可能会用((了解为主))

特性	宏函数	普通函数
调用开销	无	有函数调用开销
类型检查	无	有类型检查
编译阶段	预处理阶段	编译/链接阶段
表达式副作用	可能重复计算	安全，不重复

5-3-1 宏函数题目（为什么会考这种啊喂）

定义一个宏，用于判断所给出年份是否喂闰年

c 复制代码

#define LEAP_YEAR(y) ( (((y)%100 != 0) && ((y)%4 == 0)) || ((y)%400 == 0) )

5-4 条件编译

C 语言提供几个常用的条件编译指令：

指令	作用
`#if 常量表达式`	如果表达式非零，编译该代码块
`#ifdef 宏名`	如果宏已定义，编译该代码块
`#ifndef 宏名`	如果宏未定义，编译该代码块
`#elif 常量表达式`	`#if` 的 else-if 分支
`#else`	前面的条件都不满足时编译该代码块
`#endif`	结束条件编译块

5-4-1`ifdef`

c 复制代码

#include <stdio.h>

#define DEBUG

int main() {
#ifdef DEBUG
    printf("调试模式开启\n");
#endif

    printf("程序运行\n");
    return 0;
}

输出：

c 复制代码

调试模式开启  
程序运行

如果注释掉 #define DEBUG，就不会输出"调试模式开启"。

5-4-2 `ifndef`

#ifdef / #ifndef 仅检查宏是否定义，不考虑宏值

c 复制代码

#include <stdio.h>

#ifndef VERSION
#define VERSION 1
#endif

int main() {
    printf("版本号: %d\n", VERSION);
    return 0;
}

如果 VERSION 未定义，则定义为 1。
如果已经定义，则保留原定义。

5-4-3 `#if / #elif / #else / #endif`

#if / #elif 需要常量表达式，不可以直接写变量。

c 复制代码

#include <stdio.h>

#define PLATFORM 2

int main() {
#if PLATFORM == 1
    printf("Windows 平台\n");
#elif PLATFORM == 2
    printf("Linux 平台\n");
#else
    printf("其他平台\n");
#endif

    return 0;
}

5-5 文件包含

系统头文件：

c 复制代码

#include <stdio.h>

用户自定义头文件：

c 复制代码

#include "myheader.h"

区别：
- < >：系统目录查找
- " "：先当前目录，再系统目录查找

5-6 常用头文件

头文件	主要内容
`<stdio.h>`	输入输出函数，如 `printf()`, `scanf()`, `fgets()`, `fputs()`
`<stdlib.h>`	常用工具函数，如 `malloc()`, `free()`, `exit()`, `atoi()`, `rand()`
`<string.h>`	字符串处理函数，如 `strlen()`, `strcpy()`, `strcat()`, `strcmp()`, `memset()`,`memcpy()`, `memcmp()`
`<math.h>`	数学函数，如 `sqrt()`, `pow()`, `sin()`, `cos()`, `fabs()`
`<ctype.h>`	字符处理函数，如 `isdigit()`, `isalpha()`, `toupper()`, `tolower()`
`<time.h>`	时间函数，如 `time()`, `clock()`, `difftime()`, `strftime()`
`<limits.h>`	定义各种数据类型的边界值，如 `INT_MAX`, `CHAR_MIN`
`<float.h>`	定义浮点数相关的边界，如 `FLT_MAX`, `DBL_MIN`
`<stdbool.h>`	布尔类型支持：`true` 和 `false`
`<assert.h>`	断言宏 `assert()`，用于调试

小结

本节主要介绍了 C 语言的 字符串使用 、转义字符 、字符串输入与数组区别 ，以及 编译预处理相关内容 ，包括 宏定义、宏函数、条件编译和头文件包含。
下一节我们将从结构体开始
如有错误，欢迎指出!

【C语言简明教程提纲】(三):字符串与编译预处理

前言

0 前置知识-进制转换

0-1 进制表

0-2 十六进制 → 十进制（手算方法）

0-3 八进制 → 十进制（手算方法）

1 字符串使用

1-1 字符串定义

1-2 自定义字符串长度

1-3 常用字符串函数

1-4 字符串数组

2 转义字符

2-1 定义

2-2 常见转义字符

2-3 八进制转义字符

2-4 十六进制转义字符

2-5 复杂例子

3 字符串输入

3-1 使用 scanf 输入字符串

3-2 使用 gets（不推荐）

3-3 使用 fgets（安全推荐）

4 字符串与字符数组

4-1 定义区别

4-2与函数结合

5 编译预处理

5-1 定义

5-2 常用预处理指令

5-3 宏函数

5-3-1 宏函数题目（为什么会考这种啊喂）

5-4 条件编译

5-4-1ifdef

5-4-2 ifndef

5-4-3 #if / #elif / #else / #endif

5-5 文件包含

5-6 常用头文件

小结

3-1 使用 `scanf` 输入字符串

3-2 使用 `gets`（不推荐）

3-3 使用 `fgets`（安全推荐）

5-4-1`ifdef`

5-4-2 `ifndef`

5-4-3 `#if / #elif / #else / #endif`