C语言教程---字符串

1.字符串的概念

字符串在C语言中并不是一个独立的类型，而是由字符数组来实现的。数组是由连续的存储单元组成，字符串中的字符被储存在相邻的存储单元，每个单元储存一个字符，如下图所示：

注意图中数组末尾的字符\0，这是空字符，C语言用它来标记字符串的结束。空字符不是数字0，它是非打印字符，它的ASCII码的值为0，C语言中的字符串一定以空字符结束，意味着数组的容量必须至少比待存储字符串中的字符数多1，所以，如果数组有10个存储单元的字符串，则只能存储9个字符，剩下一个字节留给空字符。

那么什么是数组呢？ 可以把数组看作是一行连续的多个存储单元，用更正式的说法是，数组是同类型数据元素的有序序列，下面举个例子来声明一个包含10个存储单元（或元素）的数组，每个单元储存一个char类型的值：

char name[10];

name后面的方括号表明这是一个数组，方括号中的10表明该数组中的元素数量，char表明每个元素的类型，见下图：

注意："x"和'x'是不一样的，区别在于'x'是基本数据类型char类型的，而"x"是char数组类型的，然后"x"实际上是由两个字符组成：'x'和\0

2.字符串的长度

字符串的长度就是它所包含的字符的个数，计算的是从字符串的起始位置到第一个空字符（'\0'）之间的字符个数，空字符'\0'本身不计入字符串长度。

例如，有个字符串为：

char str[] = "hello world";

则这个字符串的储存方式是

'h' 'e' 'l' 'l' 'o' ' ' 'w' 'o' 'r' 'l' 'd' '\0'

注意：这里面有个空格字符 ' ' 会占据一个字节，但它并不等同于 '\0'。

2.1字符串长度的计算

C语言提供了标准库函数 strlen 来计算字符串的长度。该函数定义在 <string.h> 头文件中。

函数原型：

size_t strlen(const char *str);

• 参数：str 是一个指向字符串的指针。

• 返回值：返回字符串的长度（size_t 类型，通常是无符号整数）。关于数据类型相关的知识点可以参考我前一个笔记。

例子：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    size_t length = strlen(str);
    printf("字符串的长度为: %zu\n", length);  // 字符串的长度为:  13
    return 0;
}

2.2字符串长度与数组大小的区别

• 字符串长度：是指字符串中有效字符的个数，不包括'\0'

• 数组大小：是指字符数组的总大小，包括'\0'和可能未使用的空间

例如：

char str[10] = "Hello";

• 字符串长度：5（Hello的长度）

• 数组大小：10（数组的总大小，使用sizeof()函数来计算）

3.常用的字符串函数

3.1strlen() - 计算字符串的长度

#include <string.h>
size_t strlen(const char *str);

功能：计算以 \0 结尾的字符串 str 的长度，不包括 \0。

返回值：返回字符串的长度（不包括 \0），返回类型是 size_t。

char *str = "hello";
size_t len = strlen(str);  // len = 5

3.2strcpy() - 复制字符串

#include <string.h>
char *strcpy(char *dest, const char *src);

功能：将字符串 src 复制到 dest 中，包括终止的 \0。

返回值：返回指向目标字符串 dest 的指针。

注意：dest 必须有足够的空间来容纳 src 字符串，否则会发生缓冲区溢出。

char dest[20];
strcpy(dest, "hello");  // dest = "hello"

3.3strncpy() - 安全地复制字符串

#include <string.h>
char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);

功能：将字符串 src 的前 n 个字符复制到 dest 中，若 src 长度小于 n，会用 \0 填充多余的位置。

返回值：返回指向目标字符串 dest 的指针。

char dest[10];
strncpy(dest, "hello", 10);  // dest = "hello"

3.4strcat() - 连接两个字符串

#include <string.h>
char *strcat(char *dest, const char *src);

功能：将字符串 src 连接到 dest 的末尾，并在末尾添加 \0。

返回值：返回指向目标字符串 dest 的指针。

注意：dest 必须有足够的空间来容纳 src 字符串。

char dest[20] = "Hello ";
strcat(dest, "World!");  // dest = "Hello World!"

3.5strncat() - 安全地连接字符串

#include <string.h>
char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);

功能：将 src 字符串的前 n 个字符连接到 dest 字符串末尾，并在末尾添加 \0。

返回值：返回指向目标字符串 dest 的指针。

char dest[20] = "Hello ";
strncat(dest, "World!", 3);  // dest = "Hello Wor"

3.6strcmp() - 比较两个字符串

#include <string.h>
int strcmp(const char *str1, const char *str2);

功能：比较两个字符串 str1 和 str2，逐字符地比较它们的大小。

• 返回值：

  • 如果 str1 < str2，返回负值。

  • 如果 str1 == str2，返回 0。

  • 如果 str1 > str2，返回正值。

int result = strcmp("hello", "world");  // result < 0，因为 "hello" 小于 "world",比较的是ASCII码，h的ASCII码的值小于w的ASCII码的值

3.7strncmp() - 安全地比较两个字串

#include <string.h>
int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t n);

功能：比较两个字符串 str1 和 str2 的前 n 个字符。

返回值：和 strcmp 类似，返回负值、0 或正值，表示字符串的大小关系。

int result = strncmp("hello", "hell", 4);  // result == 0，因为比较了前 4 个字符

3.8memcpy() - 复制内存

#include <string.h>
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);

功能：将 src 指向的内存块中的 n 个字节复制到 dest 指向的内存区域。

返回值：返回指向目标内存区域 dest 的指针。

char src[] = "hello";
char dest[6];
memcpy(dest, src, 6);  // dest = "hello"

3.9memset() - 设置内存

#include <string.h>
void *memset(void *str, int c, size_t n);

功能：将内存块 str 的前 n 个字节设置为指定的值 c。

返回值：返回指向内存区域 str 的指针。

char str[10];
memset(str, 'A', 10);  // str = "AAAAAAAAAA"

3.10strchr() - 查找字符

#include <string.h>
char *strchr(const char *str, int c);

注意：参数2是一个整型值，但是，它包含的是一个字符值

功能：查找字符 c 在字符串 str 中第一次出现的位置，返回指向该字符的指针。如果没有找到，返回 NULL。

返回值：返回指向第一次出现字符 c 的指针，若找不到返回 NULL。

char *ptr = strchr("hello world", 'o');  // ptr 指向 "o" 第一次出现的位置，输出o world

3.11strrchr() - 从后向前查找字符

#include <string.h>
char *strrchr(const char *str, int c);

注意：参数2是一个整型值，但是，它包含的是一个字符值

功能：从字符串 str 的末尾开始查找字符 c，返回指向该字符的指针。如果没有找到，返回 NULL。

char *ptr = strrchr("hello world", 'o');  // ptr 指向 "o" 最后一次出现的位置，输出orld

3.12strstr() - 查找子字符串

#include <string.h>
char *strstr(const char *haystack, const char *needle);

功能：在字符串 haystack 中查找子字符串 needle，返回指向第一次出现位置的指针。如果没有找到，返回 NULL。

char *ptr = strstr("hello world", "world");  // ptr 指向 "world" 的位置，返回world

4.字符操作

一下的函数包含在ctype.h头文件中

函数名	功能	返回值说明
isalpha(c)	检查字符c是否是字母（A-Z, a-z）	如果c是字母，返回非零值；否则返回0。
isdigit(c)	检查字符c是否是数字（0-9）	如果c是数字，返回非零值；否则返回0。
islower(c)	检查字符c是否是小写字母（a-z）	如果c是小写字母，返回非零值；否则返回0。
isupper(c)	检查字符c是否是大写字母（A-Z）	如果c是大写字母，返回非零值；否则返回0。
isspace(c)	检查字符c是否是空白字符（空格、制表符、换行等）	如果c是空白字符，返回非零值；否则返回0。
isxdigit(c)	检查字符c是否是十六进制数字（0-9, A-F, a-f）	如果c是十六进制数字，返回非零值；否则返回0。
tolower(c)	转换字符c为小写字母	如果c是大写字母，返回其小写形式；否则返回c本身。
toupper(c)	转换字符c为大写字母	如果c是小写字母，返回其大写形式；否则返回c本身。
isalnum(c)	检查字符c是否是字母或数字	如果c是字母或数字，返回非零值；否则返回0。
isprint(c)	检查字符c是否是可打印字符	如果c是可打印字符，返回非零值；否则返回0。
iscntrl(c)	检查字符c是否是控制字符	如果c是控制字符，返回非零值；否则返回0。
isgraph(c)	检查字符c是否是可打印字符但不包括空白字符	如果c是可打印字符且不是空格，返回非零值；否则返回0。
isblank(c)	检查字符c是否是空白字符（空格或制表符）	如果c是空白字符，返回非零值；否则返回0。

举例说明一下：

#include <ctype.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char c = 'A';
    
    if (isalpha(c)) {
        printf("%c 是字母\n", c);  // 输出: A 是字母
    }

    if (isdigit(c)) {
        printf("%c 是数字\n", c);  // 不会输出
    }

    if (islower(c)) {
        printf("%c 是小写字母\n", c);  // 不会输出
    }

    if (isupper(c)) {
        printf("%c 是大写字母\n", c);  // 输出: A 是大写字母
    }

    c = '9';
    if (isdigit(c)) {
        printf("%c 是数字\n", c);  // 输出: 9 是数字
    }

    char d = 'b';
    printf("%c 转换为大写是 %c\n", d, toupper(d));  // 输出: b 转换为大写是 B

    return 0;
}