• 6.3 字符数组

    思维导图： 

     

    前言：

    主要内容：

    前言内容整理

    1. 字符型数据和存储

      • 字符型数据是依据字符的ASCII代码存储在内存单元中，通常占用一个字节的空间。
      • ASCII代码可以被认为是整数，因此在C99标准中，字符类型被归类为整型数据的一种。

    2. 字符数据的特点及其在本书的讨论

      • 字符数据有着广泛的应用，特别是在字符串的形式中使用。
      • 由于字符数据的特性和应用范围广泛，本书将专门讨论这个话题，希望读者能够熟练掌握相关知识。

    3. C语言中的字符串处理

      • C语言本身没有字符串数据类型或变量。
      • 在C语言中，字符串是通过字符数组来实现和存储的。

    这段前言主要是为了介绍字符型数据的基本存储方式和其在C语言中的应用，尤其是在构建字符串时的重要性和处理方式。

    我的理解：

    首先，它解释了字符型数据是如何存储在内存中的：即通过字符的ASCII代码存储，一般占用一个字节的空间。然后它提到在C99标准中，字符型数据是整型数据的一种特殊类型，因为ASCII代码是整数。

    接着，这段文字强调了字符数据在实际编程中的重要性和应用范围，特别是它在构成字符串时的重要角色。由于字符数据的应用很广泛，并且具有其自身的特点，所以作者特意在本书中对其进行深入讨论，以帮助读者更好地掌握这个概念。

    最后，它指出C语言中没有专门的字符串类型或变量，而是通过字符数组来实现字符串的存储和操作。

    总结来说，这段文字旨在向读者介绍字符型数据的存储方式和其在C语言中的应用，特别是在形成字符串时的作用和重要性。同时，它也提示读者C语言处理字符串的特殊方式，即使用字符数组来存储和操作字符串。

    6.3.1 怎样定义字符数组 

    主要内容：

    1. 字符数组的定义
    - **定义**：字符数组是用于存储字符数据的数组，每个元素存放一个字符。
    - **方法**：定义字符数组的方式与定义数值型数组类似。

    2. 示例与解析
    - **示例代码**：

    1.  char c[10];
    2.   c[0]='T';c[1]='';c[2]='a';c[3]='m';c[4]='';c[5]='h';c[6]='a';c[7]='p';c[8]='p';c[9]='y';


    - **数组状态示意图**（图6.11）：
      - c[0]: 'T'
      - c[1]: ''
      - c[2]: 'a'
      - c[3]: 'm'
      - c[4]: ''
      - c[5]: 'h'
      - c[6]: 'a'
      - c[7]: 'p'
      - c[8]: 'p'
      - c[9]: 'y'

     3. 字符数据的存储形式
    - **以整数形式存放**：字符型数据是通过其ASCII代码（一种整数形式）来存储的。
    - **使用整型数组存放字符数据**：可以利用整型数组来存储字符数据。
      - **示例代码**：
        ```c
        int e[10];
        e[0]='a'; // 合法，但会浪费存储空间
        ```
      - **代码解析**：
        - 此代码段展示了如何用整型数组来存储字符数据。虽然这种做法是合法的，但由于整型数组元素通常占用的空间大于字符型数组元素，这样做会浪费存储空间。

    这部分内容讲述了字符数组的定义、赋值和字符数据的存储方式，以及字符数据如何通过其ASCII代码整数形式存储在整型数组中，尽管这样会浪费更多的存储空间。

    我的理解：

    6.3.2 字符数组初始化

    主要内容：

    ### 6.3.2 字符数组的初始化

    1. **初始化方式**
       - 利用初始化列表来对字符数组进行初始化，逐一将字符赋给数组的各个元素。
       - 示例: 
        

    char c[10]={'I',' ','a','m',' ','h','a','p','p','y'};


         (注意: 代码中有语法错误和不完整的部分，这可能是一个错误或打字错误)

    2. **未初始化的字符数组**
       - 如果没有进行初始化，字符数组的元素值将是不可预见的。

    3. **初值个数与数组长度的关系**
       - 若初值个数 > 数组长度: 语法错误。
       - 若初值个数 < 数组长度: 只有前几个元素会被初始化，剩余的将被初始化为空字符 `\0`.

    4. **省略数组长度**
       - 如果初值个数与数组长度相等，可以省略数组长度，系统将根据初值个数自动确定数组长度。
       - 示例:
       
         (注意: 示例中的代码有语法错误，'' 是不合法的字符)

    5. **二维字符数组**
       - 可以定义并初始化一个二维字符数组。
       - 示例:

         (注意: 示例中的代码有语法错误，字符数组的初始化不正确)

    6. **图示**
       - 图 6.12 和图 6.13 展示了字符数组的状态和一个菱形平面图形的示例。

     6.3.3 怎样引用字符数组中的元素

    主要内容：

    在这段文字中，我们可以看到两个代码示例，

    ### 例6.6：输出一个已知的字符串

    #### 解题思路
    - 定义一个字符数组并用初始化列表为其赋初值。
    - 使用循环逐个输出字符数组中的字符。

    #### 编写程序

    1. #include
    2. int main()
    3. {
    4.     char c[15] = {'I', ' ', 'a', 'm', ' ', 'a', ' ', 's', 't', 'u', 'd', 'e', 'n', 't', '.'};
    5.     int i;
    6.     for(i = 0; i < 15; i++)
    7.         printf("%c", c[i]);
    8.     printf("\n");
    9.     return 0;
    10. }

    #### 运行结果

    ### 例6.7：输出一个菱形图

    #### 解题思路
    - 画出一个如图6.13所示的平面菱形图案，每行包含5个字符（可以包含空白字符和'x'字符）。
    - 定义一个字符型的二维数组，并用初始化列表进行初始化，其中列表中的字符顺序应与图6.12中各行中的字符顺序相对应（注意，你提供的文本没有给出图6.12和图6.13，你需要根据这两个图来设置初始化列表）。
    - 使用嵌套的for循环输出字符数组中的所有元素。

    #### 编写程序
    （以下代码需要根据图6.12和图6.13来完善初始化列表）

    1. #include
    2. int main()
    3. {
    4.     char diamond[5][5] = {
    5.         {' ', ' ', 'x', ' ', ' '},
    6.         {' ', 'x', ' ', 'x', ' '},
    7.         {'x', ' ', ' ', ' ', 'x'},
    8.         {' ', 'x', ' ', 'x', ' '},
    9.         {' ', ' ', 'x', ' ', ' '}
    10.     };
    11.     int i, j;
    12.     for(i = 0; i < 5; i++) {
    13.         for(j = 0; j < 5; j++)
    14.             printf("%c", diamond[i][j]);
    15.         printf("\n");
    16.     }
    17.     return 0;
    18. }

    #### 运行结果

    这两个示例可以帮助你理解如何引用字符数组中的元素。在C语言中，数组是通过索引来引用其元素的，其中索引是从0开始的。在这些示例中，我们通过在循环中使用索引来引用和打印字符数组中的元素。

    6.3.4 字符串和字符串结束标志

    主要内容：

    这段文本讲述了C语言中字符串的表示方式和其结束标志'\0'的重要性。下面我们逐一讨论其中的重点。

    #### 1. 字符串的表示和存储
    在C语言中，字符串是作为字符数组来处理的。一个字符数组可以用来存储一个字符串，其中字符串的字符是逐个存储到数组元素中的。

    #### 2. 字符串结束标志'\0'
    为了确定字符串的实际长度，C语言引入了一个特殊的字符'\0'作为字符串结束标志。遇到'\0'字符时，认为字符串结束，其前面的字符组成一个字符串。这意味着字符数组的长度不再是重点，而是通过'\0'的位置来判断字符串何时结束。

    #### 3. 字符数组的初始化
    字符数组可以通过字符串常量来初始化。这种方式直观、方便且符合人们的习惯。例如：

    char e[] = "I am happy";

    或

    char c[] = "I am happy";

    注意，初始化时系统会自动在字符串末尾添加一个'\0'字符，因此数组的长度会比字符串常量的字符数多一。

    #### 4. '\0'字符的应用
    系统在存储字符串常量时会自动在其末尾添加'\0'字符，以标示字符串的结束。这样，可以方便地使用例如`printf("%s", str)`这样的函数来输出字符串，因为函数会自动检测'\0'字符来判断字符串何时结束。

    #### 5. 字符数组中'\0'的重要性
    如果想用一个新的字符串替换字符数组中的原有字符串，应注意添加'\0'字符以标示新字符串的结束。否则，新字符串和原有字符串会连成一片，无法区分。例如：

    1. char c[] = "C program.";
    2. // ... (假设我们将"Hello"存储到数组c的前5个位置)
    3. printf("%s\n", c);

    如果没有在"Hello"后面添加'\0'字符，输出结果将是"Hellogram."而不仅仅是"Hello"。

    #### 小结
    通过这段文本，我们可以更好地理解C语言中字符串的表示方式及'\0'字符在字符串处理中的重要性。这有助于我们更好地管理和处理字符串，避免因字符串未正确结束而导致的潜在错误。

     

     6.3.5 字符数组的输入输出

    主要内容：

    #### 方法

    1. **逐个字符输入输出**
        - 使用 `%c` 格式符来逐一输入或输出字符。
        - 例: 示例 6.6 (未给出)

    2. **整个字符串的输入输出**
        - 使用 `%s` 格式符来进行字符串的输入或输出。
        - 例:
           

    1.  char c[] = "China";
    2.         printf("%s\n", c);


        - 在内存中, 数组 `c` 的存储情况是逐字符存储，最后是结束符 `\0`。
        - 输出时只会输出到遇见 `\0` 结束符。

    #### 说明

    1. **输出字符串时**
       - 输出的字符中不包括结束符 '\0'。

    2. **使用 `%s` 格式符**
       - 在 `printf` 函数中的输出项应该是字符数组名，而非数组元素名。
       - 错误示例: `printf("%s", c[0]);` (c[0]是数组元素而非数组名)

    3. **数组长度与实际字符串长度**
       - 如果数组长度大于字符串的实际长度，输出时只输出到第一个 '\0' 结束。
       - 例: 
         

    1.  char c[10] = "China";
    2.      printf("%s", c);


       - 以上代码只输出“China”，不会输出10个字符。

    4. **字符数组中的多个 '\0'**
       - 如果一个字符数组中包含一个以上的 '\0'，则输出时会在遇到第一个 '\0' 时停止。

    5. **使用 `scanf` 函数输入字符串**
       -

     scanf("%s", c);


       - 输入的字符串应该短于已定义的字符数组的长度。
       - 例如, 定义 `char e[6];` 并输入 "ChinaL"，系统会自动在 "China" 后添加 '\0'。

    6. **输入多个字符串**
       - 使用 `scanf` 函数可以输入多个以空格分隔的字符串。
       - 例:

    1. char str1[5], str2[5], str3[5];
    2.      scanf("%s%s%s", str1, str2, str3);


       - 以上代码将输入 "How are you?" 分割为三个字符串，存储在 `str1`、`str2` 和 `str3` 中。

    7. **注意事项**
       - 在使用 `scanf` 函数时，字符数组名作为输入项时不应该再加地址符 '&'。
       - 错误示例: `scanf("%s", &str);`
       
    8. **字符数组名和地址**
       - 字符数组名代表该数组的起始地址。
       - 可以使用 `printf` 语句得到数组第一个元素的地址，例如：
          ```c
          printf("%p", c);
          ```
         此处显示数组 `c` 的起始地址。
       
    9. **字符串输出的实现**
       - 使用 `printf("%s", c);` 输出字符串是通过找到数组名 `c` 代表的起始地址，然后逐个输出字符直到遇到 '\0' 结束。

    这就是字符数组的输入和输出的基本概念和实现方法。

     

    6.3.6 字符串处理函数 

    主要内容：

    ### 6.3.6 使用字符串处理函数

    - 字符串处理函数是C编译系统提供的公共函数，用于方便地处理字符串运算。
    - 这些函数不是C语言的核心组成部分，而是由编译系统提供来增强用户体验。
    - 以下是一些常用的字符串处理函数：

    1. **`puts` 函数** - 用于输出字符串
       - 用法：`puts(字符数组)`
       - 在输出时，字符串的结束标记 '\0' 转换为换行符 '\n'。

    2. **`gets` 函数** - 用于输入字符串
       - 用法：`gets(字符数组)`
       - 该函数将终端输入的字符串存入字符数组，并返回数组的起始地址。

    3. **`strcat` 函数** - 字符串连接函数
       - 用法：`strcat(字符数组1, 字符数组2)`
       - 该函数将字符数组2连接到字符数组1的后面，并返回字符数组1的地址。
       - 注意保证字符数组1有足够的空间来容纳新的字符串。

    4. **`strcpy` 和 `strncpy` 函数** - 字符串复制函数
       - 用法：`strcpy(字符数组1, 字符串2)` 或 `strncpy(字符数组1, 字符串2, n)`
       - 这些函数将字符串2（或其前n个字符）复制到字符数组1中。
       - 注意字符数组1应有足够的空间来容纳字符串2。

    5. **`strcmp` 函数** - 字符串比较函数
       - 用法：`strcmp(字符串1, 字符串2)`
       - 该函数比较两个字符串，并根据比较结果返回相应的值（0，正数或负数）。

    6. **`strlen` 函数** - 测字符串长度的函数
       - 用法：`strlen(字符数组)`
       - 该函数返回字符串的实际长度（不包括 '\0'）。

    7. **`strlwr` 函数** - 将字符串转换为小写
       - 用法：`strlwr(字符串)`

    8. **`strupr` 函数** - 将字符串转换为大写
       - 用法：`strupr(字符串)`

    - 当使用这些字符串处理函数时，需要在程序文件开头包含 `` 文件。
    - 这些函数提供了一种方便的方式来处理字符串运算，但不需要硬记它们；可以根据函数名猜测其功能，并在需要时查阅文档。

    ### 注意点

    - 这些函数不是C语言的核心组成部分，但它们提供了处理字符串运算的便利方式。
    - 使用这些函数时，应确保字符数组有足够的空间来避免溢出。
    - 字符串的比较应根据ASCII码值进行，并注意大写字母的ASCII值小于小写字母的。
    - 使用这些函数可以大大提高字符串操作的效率和便利性。

     

     

    6.3.7 字符数组应用举例 

     例6.8 统计新单词

      我的答案：

    ## 思考过程和分析过程

    在这个问题中，我们的目标是统计一行字符串中有多少个单词，以空格作为单词的分隔符。为了实现这个功能，我们可以使用一个标志变量（如word）来跟踪我们是否处于单词内还是单词外，同时我们需要一个计数器来统计我们遇到的单词数量。

    ### 思考过程：

    1. 初始化一个标志变量`word`为0和一个计数器`num`为0。
    2. 遍历输入字符串中的每一个字符。
    3. 如果当前字符是非空格字符，并且`word`为0（表示前一个字符是空格或者这是第一个字符），我们将`word`设为1，并将`num`增加1，因为我们已经找到了一个新的单词的开始。
    4. 如果当前字符是空格，我们将`word`设为0，表示我们现在是在单词外面。
    5. 在遍历结束后，`num`将包含单词的数量。

    ### 分析过程：

    1. **边界条件**：我们需要确保处理字符串的开始和结束时的边界条件。
    2. **循环条件**：在遍历字符串时，我们应该正确地设置循环条件，以防止数组越界。
    3. **代码效率**：我们应该尽量使代码高效，避免不必要的操作。

    下面是在C，C++和JAVA中实现该逻辑的代码：

    ### C语言实现

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. int main() {
    5.     char str[100];
    6.     fgets(str, 100, stdin);
    7.  
    8.     int num = 0, word = 0;
    9.     for(int i = 0; i < strlen(str); i++) {
    10.         if(str[i] != ' ' && str[i] != '\n') {
    11.             if(word == 0) {
    12.                 word = 1;
    13.                 num++;
    14.             }
    15.         } else {
    16.             word = 0;
    17.         }
    18.     }
    19.  
    20.     printf("There are %d words in this line.\n", num);
    21.     return 0;
    22. }

    ### C++实现

    1. #include 
    2. #include 
    3. using namespace std;
    4.  
    5. int main() {
    6.     string str;
    7.     getline(cin, str);
    8.  
    9.     int num = 0, word = 0;
    10.     for(char c : str) {
    11.         if(c != ' ') {
    12.             if(word == 0) {
    13.                 word = 1;
    14.                 num++;
    15.             }
    16.         } else {
    17.             word = 0;
    18.         }
    19.     }
    20.  
    21.     cout << "There are " << num << " words in this line." << endl;
    22.     return 0;
    23. }

    ### JAVA实现

    1. import java.util.Scanner;
    2.  
    3. public class Main {
    4.     public static void main(String[] args) {
    5.         Scanner sc = new Scanner(System.in);
    6.         String str = sc.nextLine();
    7.  
    8.         int num = 0, word = 0;
    9.         for(int i = 0; i < str.length(); i++) {
    10.             if(str.charAt(i) != ' ') {
    11.                 if(word == 0) {
    12.                     word = 1;
    13.                     num++;
    14.                 }
    15.             } else {
    16.                 word = 0;
    17.             }
    18.         }
    19.  
    20.         System.out.println("There are " + num + " words in this line.");
    21.     }
    22. }

    在以上代码中，我们按照之前讨论的思考和分析过程实现了单词计数逻辑。首先，我们读取一行输入，然后我们遍历每一个字符，并使用`word`变量来跟踪我们是否处于一个单词中。如果我们遇到一个新的单词的开始，我们增加单词计数器`num`。

     

    例6.9 比较字符串大小 

     我的答案：

    要找出三个字符串中的“最大”者，首先我们需要明确“最大”的定义。在这里，我们可以将其理解为字典序最大的字符串。

    我们可以按照以下步骤解决这个问题：

    1. 首先，我们需要获取这三个字符串。
    2. 接着，我们可以使用字符串比较函数（例如C语言中的`strcmp`，C++中的`string::compare`或者Java中的`String.compareTo`）来比较这些字符串。
    3. 最后，我们可以确定并输出字典序最大的字符串。

    以下是各个语言的实现：

    ### C 语言

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. int main() {
    5.     char str1[100], str2[100], str3[100];
    6.     printf("Enter three strings:\n");
    7.     scanf("%s %s %s", str1, str2, str3);
    8.  
    9.     char *max_str;
    10.     if (strcmp(str1, str2) > 0) {
    11.         if (strcmp(str1, str3) > 0) {
    12.             max_str = str1;
    13.         } else {
    14.             max_str = str3;
    15.         }
    16.     } else {
    17.         if (strcmp(str2, str3) > 0) {
    18.             max_str = str2;
    19.         } else {
    20.             max_str = str3;
    21.         }
    22.     }
    23.  
    24.     printf("The largest string is: %s\n", max_str);
    25.  
    26.     return 0;
    27. }

    ### C++ 语言

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. int main() {
    5.     std::string str1, str2, str3;
    6.     std::cout << "Enter three strings:" << std::endl;
    7.     std::cin >> str1 >> str2 >> str3;
    8.  
    9.     std::string max_str;
    10.     if (str1 > str2) {
    11.         if (str1 > str3) {
    12.             max_str = str1;
    13.         } else {
    14.             max_str = str3;
    15.         }
    16.     } else {
    17.         if (str2 > str3) {
    18.             max_str = str2;
    19.         } else {
    20.             max_str = str3;
    21.         }
    22.     }
    23.  
    24.     std::cout << "The largest string is: " << max_str << std::endl;
    25.  
    26.     return 0;
    27. }

    ### Java 语言

    1. import java.util.Scanner;
    2.  
    3. public class Main {
    4.     public static void main(String[] args) {
    5.         Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    6.         System.out.println("Enter three strings:");
    7.         String str1 = scanner.next();
    8.         String str2 = scanner.next();
    9.         String str3 = scanner.next();
    10.  
    11.         String max_str;
    12.         if (str1.compareTo(str2) > 0) {
    13.             if (str1.compareTo(str3) > 0) {
    14.                 max_str = str1;
    15.             } else {
    16.                 max_str = str3;
    17.             }
    18.         } else {
    19.             if (str2.compareTo(str3) > 0) {
    20.                 max_str = str2;
    21.             } else {
    22.                 max_str = str3;
    23.             }
    24.         }
    25.  
    26.         System.out.println("The largest string is: " + max_str);
    27.     }
    28. }

    这些程序首先获取三个字符串，然后使用嵌套的if-else结构来比较字符串并确定最大字符串。最后，它们将输出最大的字符串。

     

    总结： 

    ### 重点：

    1. **字符串的初始化和赋值**：理解如何在各种编程语言中正确初始化和赋值字符串是很重要的。
    2. **字符串处理函数**：深入了解和掌握各种字符串处理函数（如`strlen`, `strcmp`, `strcpy`等）。
    3. **字符串的遍历**：学会如何正确遍历字符串，以实现各种操作（如统计单词数量，找出最大字符串等）。

    ### 难点：

    1. **字符串的内存管理**：在某些编程语言（如C）中，字符串的内存管理可能会变得比较复杂，需要注意内存分配和释放。
    2. **字符串和字符数组的区别**：理解字符串和字符数组的区别和相互转换是一项挑战。
    3. **动态字符串操作**：理解和掌握动态字符串的操作，如动态分配内存空间，可以是一个较为高级和复杂的主题。

    ### 易错点：

    1. **数组越界错误**：在进行字符串操作时，很容易发生数组越界的错误。
    2. **错误的字符串终止符**：在C语言中，忘记在字符串末尾添加终止符'\0'是一个常见的错误。
    3. **字符串比较**：在进行字符串比较时，使用`==`代替`strcmp`或类似函数是一个常见的错误。
    4. **输入缓冲区溢出**：在获取字符串输入时，不正确的处理可能导致缓冲区溢出和其他相关的错误。

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