【C语言程序设计】第30篇：指针与字符串

计算机安禾2026-03-18 8:48

1 引言

在C语言中，字符串可以通过两种方式定义：

c

复制代码 
char str1[] = "Hello";   /* 字符数组 */
char *str2 = "Hello";    /* 字符指针 */

这两种方式看起来都能表示字符串 "Hello"，但它们有着本质的区别。下面的代码就能揭示差异：

c

复制代码 
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char str1[] = "Hello";
    char *str2 = "Hello";
    
    str1[0] = 'h';        /* 可以修改 */
    printf("str1: %s\n", str1);
    
    /* str2[0] = 'h'; */  /* 危险！可能导致程序崩溃 */
    
    printf("str1 大小: %zu\n", sizeof(str1));  /* 6（包含'\0'） */
    printf("str2 大小: %zu\n", sizeof(str2));  /* 8（指针大小） */
    
    return 0;
}

本章我们将深入探讨这两种方式的区别，以及它们在实践中的应用。

2 字符数组与字符指针的本质区别

2.1 存储位置不同

字符数组 ：在栈上分配内存，数组的内容可以修改。
字符指针：指针变量本身在栈上，但它指向的字符串常量通常在只读数据区。

c

复制代码 
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char str1[] = "Hello";        /* 栈上的数组，包含副本 */
    char *str2 = "Hello";         /* 栈上的指针，指向只读区 */
    
    printf("str1 地址: %p\n", str1);      /* 栈地址 */
    printf("str2 地址: %p\n", str2);      /* 只读区地址 */
    printf("&str2   : %p\n", &str2);      /* 指针本身的地址（栈上） */
    
    return 0;
}

内存布局示意图：

text

复制代码 
栈区：
    str1: [H][e][l][l][o][\0]  (可修改)
    str2: [0x400600]           (指针变量)

只读数据区：
    0x400600: "Hello"           (不可修改)

2.2 可修改性不同

c

复制代码 
char str1[] = "Hello";
str1[0] = 'h';        /* 合法：修改数组中的字符 */
str1 = "World";       /* 非法：数组名是常量，不能赋值 */

char *str2 = "Hello";
str2[0] = 'h';        /* 危险！试图修改只读区，可能崩溃 */
str2 = "World";       /* 合法：修改指针指向 */

总结：

  • 字符数组：内容可改，但数组名本身不能改

  • 字符指针：指针本身可改（可指向别处），但指向的内容是否可改取决于指向哪里

2.3 sizeof 的结果不同

c

复制代码 
char str1[] = "Hello";
char *str2 = "Hello";

printf("%zu\n", sizeof(str1));  /* 6：整个数组的大小（包含'\0'） */
printf("%zu\n", sizeof(str2));  /* 8：指针本身的大小（64位系统） */

2.4 取地址的结果不同

c

复制代码 
char str1[] = "Hello";
char *str2 = "Hello";

printf("%p\n", str1);      /* 数组首元素地址 */
printf("%p\n", &str1);     /* 也是数组首地址，但类型是 char (*)[6] */
printf("%p\n", str2);      /* 指向的字符串常量的地址 */
printf("%p\n", &str2);     /* 指针变量本身的地址 */

3 字符串常量

3.1 字符串常量的本质

字符串常量是用双引号括起来的字符序列，如 "Hello"。它的本质是一个无名的字符数组 ，存储在程序的只读数据区（某些平台也可能在代码段）。

c

复制代码 
const char *p = "Hello";  /* 指向只读区的字符串常量 */

3.2 字符串常量的共享

编译器通常会优化，相同的字符串常量可能共享同一份存储：

c

复制代码 
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char *p1 = "Hello";
    char *p2 = "Hello";
    
    printf("p1 = %p\n", p1);
    printf("p2 = %p\n", p2);  /* 可能和 p1 相同 */
    
    return 0;
}

3.3 试图修改字符串常量

c

复制代码 
char *p = "Hello";
p[0] = 'h';  /* 未定义行为！可能导致程序崩溃 */

在不同的平台上结果可能不同：

  • 某些平台：程序崩溃（段错误）

  • 某些平台：修改成功（如果字符串常量在可写段）

  • 某些平台：修改看起来成功，但可能影响其他指向同一常量的指针

绝对不要修改字符串常量。

3.4 用 const 保护字符串常量

为了明确表达意图，应该用 const 修饰指向字符串常量的指针：

c

复制代码 
const char *p = "Hello";  /* 表明不能通过 p 修改指向的内容 */
/* p[0] = 'h'; */          /* 编译器会报错，而不是运行时崩溃 */

4 字符串的初始化

4.1 字符数组的初始化

c

复制代码 
/* 方式1：直接用字符串初始化 */
char s1[6] = "Hello";      /* 显式指定大小 */
char s2[] = "Hello";       /* 编译器自动计算大小（6） */

/* 方式2：字符数组初始化 */
char s3[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};  /* 手动添加'\0' */

/* 注意：没有'\0'就不是字符串 */
char s4[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};  /* 长度5，没有'\0'，不是字符串 */

4.2 字符指针的初始化

c

复制代码 
/* 指向字符串常量 */
const char *p1 = "Hello";   /* 推荐：明确是只读 */
char *p2 = "Hello";         /* 不推荐：容易误以为可修改 */

/* 指向栈上的数组 */
char arr[] = "Hello";
char *p3 = arr;             /* p3 指向可修改的数组 */

/* 动态分配内存 */
char *p4 = malloc(10);
strcpy(p4, "Hello");        /* p4 指向堆上的字符串 */

4.3 区别总结

特性 字符数组 字符指针
存储位置 栈（或静态区） 指针在栈，指向只读区或堆
内容是否可改 可修改 取决于指向哪里
指针本身是否可改 否（数组名是常量） 是
sizeof 数组大小 指针大小
初始化来源 拷贝字符串内容 存储字符串地址

5 指针数组处理字符串表

5.1 字符串表的概念

在实际编程中，经常需要处理一组字符串，如菜单选项、命令列表、星期名称等。指针数组是存储这类字符串表的理想方式。

c

复制代码 
/* 定义字符串表 */
const char *weekdays[] = {
    "Monday",
    "Tuesday",
    "Wednesday",
    "Thursday",
    "Friday",
    "Saturday",
    "Sunday"
};

/* 访问 */
for (int i = 0; i < 7; i++) {
    printf("%s\n", weekdays[i]);
}

5.2 指针数组 vs 二维字符数组

方式1：指针数组

c

复制代码 
const char *days1[] = {
    "Monday", "Tuesday", "Wednesday"
};

  • 每个字符串长度可以不同

  • 字符串存储在只读区，不可修改

  • 指针数组本身占用的空间较小（每个指针8字节）

方式2：二维字符数组

c

复制代码 
char days2[][10] = {
    "Monday", "Tuesday", "Wednesday"
};

  • 每个字符串长度固定（10字节），浪费空间

  • 字符串存储在数组内，可以修改

  • 占用连续空间，访问可能更快

内存布局对比：

text

复制代码 
指针数组 days1：
    [ptr] → "Monday"
    [ptr] → "Tuesday"
    [ptr] → "Wednesday"

二维数组 days2：
    [Monday\0    ][Tuesday\0   ][Wednesday\0]

5.3 命令行参数 argv

main 函数的第二个参数 argv 就是一个经典的字符串表：

c

复制代码 
int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("程序名：%s\n", argv[0]);
    for (int i = 1; i < argc; i++) {
        printf("参数 %d：%s\n", i, argv[i]);
    }
    return 0;
}

argv 是一个指针数组，每个元素指向一个命令行参数字符串。

5.4 字符串表的遍历

c

复制代码 
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    const char *colors[] = {
        "Red", "Green", "Blue", "Yellow", "Cyan", "Magenta", NULL
    };  /* 用 NULL 作为结束标志 */
    
    /* 方法1：通过下标遍历 */
    for (int i = 0; colors[i] != NULL; i++) {
        printf("%s ", colors[i]);
    }
    printf("\n");
    
    /* 方法2：通过指针遍历 */
    const char **p = colors;
    while (*p != NULL) {
        printf("%s ", *p);
        p++;
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

6 字符串处理函数中的指针

6.1 标准库函数的指针参数

理解指针与字符串的关系，有助于理解标准库函数的设计：

c

复制代码 
size_t strlen(const char *s);        /* 不修改字符串，用 const */
char *strcpy(char *dest, const char *src);  /* dest 可修改，src 只读 */
char *strcat(char *dest, const char *src);  /* 同上 */
int strcmp(const char *s1, const char *s2); /* 两者都只读 */

6.2 实现简单的字符串函数

c

复制代码 
#include <stdio.h>

/* 实现 strlen */
size_t my_strlen(const char *s)
{
    const char *p = s;
    while (*p != '\0') {
        p++;
    }
    return p - s;  /* 指针相减得到长度 */
}

/* 实现 strcpy */
char *my_strcpy(char *dest, const char *src)
{
    char *ret = dest;
    while ((*dest++ = *src++) != '\0') {
        ;
    }
    return ret;
}

/* 实现 strcmp */
int my_strcmp(const char *s1, const char *s2)
{
    while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2) {
        s1++;
        s2++;
    }
    return *s1 - *s2;
}

6.3 字符串指针作为返回值

c

复制代码 
/* 返回指向字符串常量的指针（安全） */
const char* get_weekday(int n)
{
    static const char *weekdays[] = {
        "Monday", "Tuesday", "Wednesday", 
        "Thursday", "Friday", "Saturday", "Sunday"
    };
    
    if (n >= 1 && n <= 7) {
        return weekdays[n-1];
    }
    return "Invalid";
}

/* 返回指向局部数组的指针（危险！） */
char* get_string_bad(void)
{
    char str[] = "Hello";  /* 局部数组 */
    return str;             /* 函数返回后数组被销毁 */
}

7 常见错误与注意事项

7.1 试图修改字符串常量

c

复制代码 
char *p = "Hello";
p[0] = 'h';  /* 未定义行为，可能导致崩溃 */

7.2 混淆字符数组和字符指针的初始化

c

复制代码 
char str1[10];
str1 = "Hello";        /* 错误！数组名不能被赋值 */

char str2[10];
strcpy(str2, "Hello"); /* 正确 */

char *p;
p = "Hello";           /* 正确：p 指向字符串常量 */

7.3 忘记为 '\0' 分配空间

c

复制代码 
char str[5] = "Hello";  /* "Hello" 需要6个字符（包含'\0'）！ */
/* 实际只存储了 'H','e','l','l','o'，没有 '\0'，不是有效字符串 */

7.4 返回局部字符数组的地址

c

复制代码 
char* get_name(void)
{
    char name[20] = "Alice";
    return name;  /* 危险！name 是局部变量 */
}

7.5 用 == 比较字符串内容

c

复制代码 
char *p1 = "Hello";
char *p2 = "Hello";
if (p1 == p2) {  /* 比较的是地址，不是内容！可能为真，但不能依赖 */
    /* ... */
}
/* 应该用 strcmp(p1, p2) == 0 */

7.6 字符串常量不可修改，但指针本身可改

c

复制代码 
const char *p = "Hello";
p = "World";  /* 合法：修改指针指向 */
/* p[0] = 'h'; */  /* 非法：不能修改内容 */

8 本章小结

本章系统介绍了指针与字符串的关系：

1. 字符数组 vs 字符指针

特性 字符数组 字符指针
存储 栈/静态区 指针在栈，指向只读区或堆
内容可改 是 取决于指向
自身可改 否（常量） 是
sizeof 数组大小 指针大小

2. 字符串常量

  • 存储在只读数据区

  • 相同的字符串常量可能共享

  • 绝对不能修改

  • 应该用 const char* 指向

3. 字符串表的两种方式

  • 指针数组：每个字符串长度可不同，不可修改，节省空间

  • 二维数组：固定长度，可修改，占用连续空间

4. 实际应用

  • 命令行参数 argv 是指针数组

  • 标准库字符串函数大量使用指针

  • 实现自己的字符串函数需要理解指针操作

5. 常见错误

  • 修改字符串常量

  • 忘记数组和指针的区别

  • 返回局部字符数组

  • 用 == 比较字符串内容

  • 忘记为 '\0' 留空间

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