=C入门=深入研究 字符串与字符数组

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title: =C入门=深入研究 字符串与字符数组
date: 2023-11-08 21:11:51
tags: C语言 字符串 数组

原文见我的网站: www.supdriver.top

什么是字符串

初见字符串

我们最先遇到的字符串,一般是hello_world程序中用到的"hello world",也就是两个双引号括起来的一串字符,输出时的占位符是%s,可以直接拿去传值，代码如下

printf("%s","hello world");

声明字符串变量

有时我们想要先把字符串存起来，再进行操作，那么就使用字符数组，并在初始化的时候把字符串传给它,这样在创建数组时会编译器会自动分配内存给它，代码如下

char str[] = "abcdef";

此时我们也可以开启VS的调试，并打开内存和监视窗口观察字符串是如何在内存中储存的,如下图

通过观察可以发现，C语⾔字符串的字符串有个规定(特点)，就是以字符\0结尾，无论是初始化数组时，还是在分配内存时，都有\0的位置。

strlen()函数

依据以\0为字符串结尾的规则，strlen函数就可以计算字符串的长度，它会从字符串的第一个字符向后扫描，直到遇到\0结束,且\0不进入计数，最后返回字符串的长度,代码如下

#include <string.h> //需要引对应的头文件

int len = strlen("abcdef");//len的值为6
int sz = sizeof("abcdef");//sz的大小为7(\0被计入总数)

验证字符串的结尾

正向验证

我们做在字符数组里插入一个\0,来看看函数printf和strlen找到的结尾在哪里,如下图

char str[] = {'a','b','c','\0','d','e','f','\0'};

可以看到字符数组似乎被“截断”了，printf只输出了\0前面的内容, strlen算出来的长度也只有3,可见插入的\0被作为了字符串的结尾，字符串提前中指,而没到达字符数组的结尾

反向验证

我们来反向验证一下，\0是字符串结尾的标志,如下图，我们声明一个没有\0结尾的字符数组，看看函数printf和strlen还找不找得到我们“认为”的结尾

char str[] = {'a','b','c','d','e','f'};

可以看到函数对字符串的判断出现了严重失误，所以字符数组里没有\0标记结尾是非常严重的问题，不光是找不到字符串的结尾，而且会越界访问！危险操作，写代码的时候一定要注意

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从字符串到字符数组

虽然上面已经用到了字符数组，但主要还是为了方便讨论字符串,接下来着重研究字符数组。

先整清楚几个概念

什么是数组：数组是⼀组相同类型元素的集合,会在内存中开辟一段连续的空间，将元素储存在那段内存中

什么是数组元素：存放在数组的值被称为数组的元素，数组在创建的时候可以指定数组的⼤⼩和数组的元素类型。

所以字符数组是一组字符的集合，字符数组里的元素都是字符!,访问到的字符数组里的元素都是字符，像'a','b','c'这种的单个的字符,别和字符串混为一谈！

char str = "abc";
int sz = sizeof(str);//这里str代表了整个数组,所以包括\0
,sz的值为4

字符数组的声明

字符数组的声明和其他类型的数组差不多，有初始化，不完全初始化，声明长度，不声明长度

正确的声明代码如下

char str1[] = "abc";//初始化,不声明长度

char str2[] = {'a','b','c','\0'};//这也是初始化，且不声明长度

char str3[10] = { 0 };//初始化，用值0(等价于`\0`)填充

char str4[10] = "abc";//不完全初始化，存入字符串"abc",后面都用'\0'填充

char str5[10] = {'a','b','c','d'};//不完全初始化,从下标为0开始，依次往后填充字符 a,b,c,\0

错误的声明代码

char str1[3] = "abc";//数组声明短了，放不下结尾的\0,编译过不了

char str2[3] = {'a','b','c','d'};//同上,放不下

char str3[] = { 0 };//能声明，但是字符数组长度为1，这个数组大概率是用不了的/会被拿去错误使用的

来看看这些声明方式在内存中的表现

不初始化的声明(极度不推荐)

char str[];//这个不加长度，直接编译失败（如下图）

char str[10];//语法没有问题，来看看此时数组里存了什么

可以看到全都存了-52,对应的中文字符是烫，这样不好，请在声明字符数组的时候初始化数组

不声明长度的数组声明

char str1[] = "abc";

char str2[] = {'a','b','c','\0'};

如上图，不声明长度时，编译器自动给字符数组分配内存，既不给多，也不给少，初始化给的字符串或者{...}多长，创建的数组就多长。

注意红框，再强调一遍，字符串以\0结尾,看到双引号括起来的字符串，要记得最后隐藏了一个\0,用字符数组储存的时候一定要留足空间

声明长度的数组声明

char str3[10] = { 0 };

char str4[10] = "abc";

char str5[10] = {'a','b','c','d'};

可以看到，在声明的长度足够长时，你初始化的时候给它多少字符，它就从下标0处开始按顺序存进去多少,剩下的部分自动用'\0'填充,

所以实际上上面代码中的str5因为长度10>初始化给的4个字符，后面六个元素用\0填充了，所以str5里存了有结尾的完整字符串

错误声明

char str1[3] = "abc";
char str2[3] = { 'a','b','c','d' };

可以看到上面两种错误的声明方式，甚至直接编译失败,所以声明字符数组的时候一定要留足空间

char str3[] = { 0 };

如上图，可以看到这样写还是编译成功了，但是在监视查看数组长度的时候，发现长度为1,里面存了一个\0,这么短的数组能用吗？只能用一点点，甚至还不如直接声明一个char类型的字符变量

当字符数组加上const

const char str[5] = "abc";

一些性质

可以看到，声明时加了const之后，字符数组str在声明时的初始化之后便不可更改了，只能访问其元素,而不能通过访问元素来改变数组内容

那么scanf还能写入内容吗？答案是可以!(如下图)

那它能拿来初始化别的数组吗？很遗憾，不能

对应的指针类型

可以看到，这里得用const char*来储存字符数组的地址，而使用char*就会报错

那么用双引号括起来的字符串，是否也有地址，能用指针储存它的地址呢？

如图，可以看到,字符串"abc"是属于const char类型的数组，对应的指针是const char*,不能通过访问元素来改变内部的值，也不能用char*来储存地址

在内存中的表现

可以看到哪怕是字符串"abc",也是在内存中开辟了一段空间，并把字符储存在内存中了的

但是，不要试图用scanf去改变字符串的值

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如何向字符数组里添加内容

添加的方法多种多样，搞不好可能还会出错，所以把字符数组学明白很重要！

以下使用的数组样例声明如下

char str[10] = { 0 };

初始化

在初始化的时候就把值传进去，有哪些初始化方式上面已经介绍过了，这里不多赘述

访问数组元素

通过[]可以访问数组元素，并对没有const修饰的数组，修改其元素,例如:

str[0] = 'A';//将数组的第一个元素改成字符A

我们也可以通过循环的方式，将数组的所有元素填充为某个字符

char place_holder = 'A';
for(int i = 0; i < 10 ; i++)//这里使用左闭右开区间，10为数组的大小
{
    str[i] = place_holder;
}

使用scanf函数

由上面的探究已知：对于已声明的字符数组，无论有没有const修饰，都可已用scanf修改内容,那么scanf怎么用，又具体怎么工作的，我们接着往下探究

使用示例

char str[10] = { 0 };
scanf("%s",str);//占位符是 %s ,右边的参数是 str ,也就是数组名
//或者 scanf("%s",&str)

注意！这边的数组名str储存的是数组首元素的地址，而&str储存的是整个数组的地址，值是一样的，两者皆可用于传参，但指针类型不一样，要做好区分

scanf都做了什么

先来看看它分别对用{ 0 }初始化和不初始化的数组做了什么

char str1[10] = { 0 };
scanf("%s",str1);
char str2[10];
scanf("%s",str2);

两个数组的输入均为abc

可以看到，对str1,字符非常正常地填充进去了，因为整个数组原本是用\0填充的,看不出什么端倪

而对于str2,观察发现，除了输入进去的字符a,b,c,它还自动在结尾补了一个\0,使str2里储存了一个完整的字符串。但是，剩下的部分还是用值-52填充，即未初始化的状态，所以依然不提倡声明的时候没有初始化

然后是在字符数组内已有内容的情况下，再次使用scanf的情况

char str1[5] = "abc";
char str2[5] = "abc";

scanf("%s %s",str1,str2);

如图，scanf做的是把输入的字符串覆盖式存入字符数组，比原来长，就完全覆盖，比原来短，就部分覆盖，未覆盖的部分无改动

关于scanf的危险操作

由于scanf无法预测字符数组能否存下输入的字符串，如果字符数组声明的长度不够，就可能出现越界访问,随之而来的便是奇奇怪怪的bug

char str[4] = { 0 };//先声明一个长度为4的数组
scanf("%s",str);//这次输入abcdef试试

可以看到，确实越界访问了，所以声明字符数组的时候，建议比预计最大输入，在多些长度，防止越界访问。

法预测字符数组能否存下输入的字符串，如果字符数组声明的长度不够，就可能出现越界访问,随之而来的便是奇奇怪怪的bug

char str[4] = { 0 };//先声明一个长度为4的数组
scanf("%s",str);//这次输入abcdef试试

[外链图片转存中…(img-XofIq1Or-1747377601782)]

可以看到，确实越界访问了，所以声明字符数组的时候，建议比预计最大输入，在多些长度，防止越界访问。