【《C Primer Plus》读书笔记】第11章：字符串和字符串函数

11.1 字符串

在 C 语言中，字符串实际上是使用空字符 \0 结尾的一维字符数组。因此，\0 是用于标记字符串的结束。

空字符（Null character）又称结束符，缩写 NUL，是一个数值为 0 的控制字符，\0 是转义字符，意思是告诉编译器，这不是字符 0，而是空字符。

下面的声明和初始化创建了一个UESTC 字符串。由于在数组的末尾存储了空字符 \0，所以字符数组的大小比单词 UESTC 的字符数多一个。

char site[6] = {'U', 'E', 'S', 'T', 'C', '\0'};
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依据数组初始化规则，您可以把上面的语句写成以下语句：

char site[] = "UESTC";
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字符串字面量（字符串常量）

用双引号括起来的内容称为字符串字面量，也叫做字符串常量。

其实，不需要把 null 字符放在字符串常量的末尾。C 编译器会在初始化数组时，自动把 \0 放在字符串的末尾。

以下是 C/C++ 中定义的字符串的内存表示：

10.2 数组与指针

我们可以以数组形式声明字符串：

char ar[] = "I like C++";
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也可以用指针形式声明字符串：

const char *p = "I like C++";
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以上面的声明为例，数组形式在计算机的内存中分配为一个内含11个元素的数组（每个元素对应一个字符，还加上末尾的空字符’\0’），每个元素被初始化为字符串常量对应的字符。

通常，字符串都作为可执行文件的一部分存储在数据段中，当把程序载入内存时，也载入了程序中的字符串。字符串存储在静态存储区中。但是，程序开始运行时才会为该数组分配内存。此时，才将字符串拷贝到数组中。

注意，此时字符串有2个副本，一个是在静态内存中的字符串常量，另一个是存储在数组 ar 里的字符串。此后，编译器便把数组名 ar 识别为该数组首元素地址的别名。ar 是地址常量，不能被修改。

指针形式也使得编译器在计算机的内存中分配为一个内含11个元素的数组来存储字符串。另外，一旦开始执行程序，编译器会为指针变量 p 留出一个存储位置，并把字符串的地址存储在指针变量中。该变量最初指向该字符串的首个字符，但是它的值可以改变。

字符串常量被视为 const 数据。由于 p 指向这个 const 数据，所以应该把 p 声明为指向 const 数据的指针。这意味着不能用 p 来改变它指向的数据，但 p 本身可以改变。如果把一个字符串常量拷贝给一个数组，就可以随意改变数据，除非数组声明为 const。

总而言之，初始化数组把静态存储区中的字符串拷贝给数组，而初始化指针只把字符串的地址拷贝给指针。

实例：

#include 
#include 
#define MSG "I like C++"
int main(void)
{
    char ar[] = MSG;
    const char *p = MSG;
    printf("%p\n", "I like C++");
    printf("%p\n", MSG);
    printf("%p\n", ar);
    printf("%p\n", p);
    printf("%p\n", "I like C++");
    system("pause");
    return 0;
}
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运行结果：

该程序说明，p 和 MSG 的地址相同，而 ar 的地址不同。

还说明，编译器会把多次使用的相同字符串常量存储在同一处。

10.3 gets()

C 库函数 char *gets(char *str) 从标准输入 stdin 读取一行，并把它存储在 str 所指向的字符串中。当读取到换行符时，或者到达文件末尾时，它会停止，具体视情况而定。然后丢弃换行符，存储其余字符，并在这些字符的末尾添加一个空字符使其成为一个 C 字符串。

下面是 gets() 函数的声明：

char *gets(char *str)
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参数 str 是指向一个字符数组的指针，该数组存储了 C 字符串。

如果成功，该函数返回 str。如果发生错误或者到达文件末尾时还未读取任何字符，则返回 NULL。

实例：

#include 
#include 
int main(void)
{
    char str[50];

    printf("请输入一个字符串：");
    gets(str);
    printf("您输入的字符串是：%s\n", str);

    system("pause");
    return 0;
}
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运行结果：

不安全的gets()
gets() 函数唯一的参数是 str，它无法检查数组是否装得下输入行。如果输入的字符串过长，会导致缓冲区溢出，即多余的字符超出了指定的目标空间。

10.4 puts()

C 库函数 int puts(const char *str) 把一个字符串写入到标准输出 stdout，直到空字符，但不包括空字符。

puts() 会在待输出字符串末尾添加一个换行符。

下面是 puts() 函数的声明。

int puts(const char *str)
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参数 str 是要被写入的 C 字符串。

如果成功，该函数返回一个非负值为字符串长度（包括末尾的 \0），如果发生错误则返回 EOF。

实例：

#include 
#include 
#include 
int main(void)
{
    char str1[15];
    char str2[15];

    strcpy(str1, "RUNOOB1");
    strcpy(str2, "RUNOOB2");

    puts(str1);
    puts(str2);

    system("pause");
    return 0;
}
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运行结果：

10.5 fgets()

C 库函数 char *fgets(char *str, int n, FILE *stream) 从指定的流 stream 读取一行，并把它存储在 str 所指向的字符串内。当读取 (n-1) 个字符时，或者读取到换行符时，或者到达文件末尾时，它会停止，具体视情况而定。

如果 fgets() 读到了一个换行符，会把它存储在字符串中。这一点与 gets() 不同。

下面是 fgets() 函数的声明：

char *fgets(char *str, int n, FILE *stream)
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参数：

• str – 这是指向一个字符数组的指针，该数组存储了要读取的字符串。
• n – 这是要读取的最大字符数（包括最后的空字符）。通常是使用以 str 传递的数组长度。
• stream – 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要从中读取字符的流。如果读入从键盘中输入的数据，则以 stdin（标准输入）作为参数，该标识符定义在 stdio.h 中。

返回值：

如果成功，该函数返回相同的 str 参数。如果到达文件末尾或者没有读取到任何字符，str 的内容保持不变，并返回一个空指针。

如果发生错误，返回一个空指针。

10.6 fputs()

C 库函数 int fputs(const char *str, FILE *stream) 把字符串写入到指定的流 stream 中，但不包括空字符。

fputs() 不在字符串末尾添加换行符。这一点与 puts() 不同。

下面是 fputs() 函数的声明：

int fputs(const char *str, FILE *stream)
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参数：

• str – 这是一个数组，包含了要写入的以空字符终止的字符序列。
• stream – 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被写入字符串的流。

返回值：
该函数返回一个非负值，如果发生错误则返回 EOF。

10.7 gets_s()

C11 新增的 gets_s() 函数和 fgets() 类似，用一个参数限制读入的字符数。

与 fgets() 不同的是，gets_s() 只从标准输入里读取数据。如果 gets_s() 读到了一个换行符，会丢弃它而不是存储它。

如果 gets_s() 读到最大字符数都没有读到换行符，首先会把目标数组的首字符设为空字符，读取并丢弃随后的输入直至遇到换行符或文件结尾，然后返回空指针。

10.8 s_gets()

如果fgets()返回NULL，说明读到文件结尾或出现读取错误，s_gets()函数跳过了这个过程。

效果：如果字符串中出现换行符，就要空字符替换它。

10.9 字符串函数

C 中有大量操作字符串的函数。ANSI C 把这些函数的原型放在 string.h 头文件中。

strlen()

C 库函数 size_t strlen(const char *str) 计算字符串 str 的长度，直到空结束字符，但不包括空结束字符。

下面是 strcat() 函数的声明：

char *strcat(char *dest, const char *src)
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下面是 strlen() 函数的声明：

size_t strlen(const char *str)
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参数：

• str – 要计算长度的字符串。

返回值：
该函数返回字符串的长度。

strcat()

C 库函数 char *strcat(char *dest, const char *src) 把 src 所指向的字符串追加到 dest 所指向的字符串的结尾。

下面是 strcat() 函数的声明：

char *strcat(char *dest, const char *src)
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参数：

• dest – 指向目标数组，该数组包含了一个 C 字符串，且足够容纳追加后的字符串。
• src – 指向要追加的字符串，该字符串不会覆盖目标字符串。

返回值：
该函数返回一个指向最终的目标字符串 dest 的指针。

strncat()

C 库函数 char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n) 把 src 所指向的字符串追加到 dest 所指向的字符串的结尾，直到 n 字符长度为止。

下面是 strncat() 函数的声明：

char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n)
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参数：

• dest – 指向目标数组，该数组包含了一个 C 字符串，且足够容纳追加后的字符串，包括额外的空字符。
• src – 要追加的字符串。
• n – 要追加的最大字符数。

返回值：
该函数返回一个指向最终的目标字符串 dest 的指针。

strcmp()

C 库函数 int strcmp(const char *str1, const char *str2) 把 str1 所指向的字符串和 str2 所指向的字符串进行比较。

下面是 strcmp() 函数的声明：

int strcmp(const char *str1, const char *str2)
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参数：

• str1 – 要进行比较的第一个字符串。
• str2 – 要进行比较的第二个字符串。

该函数返回值如下：

• 如果返回值小于 0，则表示 str1 小于 str2。
• 如果返回值大于 0，则表示 str1 大于 str2。
• 如果返回值等于 0，则表示 str1 等于 str2。

实际上，strcmp() 的返回值是 str1 和 str2 第一个相异字符之间的差值。但我们一般只关心比较的结果是正、负、还是0。

strcpy()

C 库函数 char *strcpy(char *dest, const char *src) 把 src 所指向的字符串复制到 dest。

需要注意的是如果目标数组 dest 不够大，而源字符串的长度又太长，可能会造成缓冲溢出的情况。

下面是 strcpy() 函数的声明：

char *strcpy(char *dest, const char *src)
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参数：

• dest – 指向用于存储复制内容的目标数组。
• src – 要复制的字符串。

返回值：
该函数返回一个指向最终的目标字符串 dest 的指针。

strncpy()

C 库函数 char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n) 把 src 所指向的字符串复制到 dest，最多复制 n 个字符。当 src 的长度小于 n 时，dest 的剩余部分将用空字节填充。

下面是 strncpy() 函数的声明：

char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n)
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参数：

• dest – 指向用于存储复制内容的目标数组。
• src – 要复制的字符串。
• n – 要从源中复制的字符数。

返回值：
该函数返回最终复制的字符串。

strchr()

C 库函数 char *strchr(const char *str, int c) 在参数 str 所指向的字符串中搜索第一次出现字符 c（一个无符号字符）的位置。

下面是 strchr() 函数的声明：

char *strchr(const char *str, int c)
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参数：

• str – 要被检索的 C 字符串。
• c – 在 str 中要搜索的字符。

返回值：
该函数返回在字符串 str 中第一次出现字符 c 的位置，如果未找到该字符则返回 NULL。

strstr()

C 库函数 char *strstr(const char *haystack, const char *needle) 在字符串 haystack 中查找第一次出现字符串 needle 的位置，不包含终止符 ‘\0’。

下面是 strstr() 函数的声明：

char *strstr(const char *haystack, const char *needle)
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参数：

• haystack – 要被检索的 C 字符串。
• needle – 在 haystack 字符串内要搜索的小字符串。

返回值：
该函数返回在 haystack 中第一次出现 needle 字符串的位置，如果未找到则返回 null。