C语言程序设计：字符数组及字符串

1. 引入

在C语言中，字符串是一个非常常见的数据类型。字符串实际上是由字符数组组成的，而字符数组是C语言中的基本数据结构之一。字符串的处理涉及字符数组的操作，包括字符的存储、访问、修改、拼接等。理解如何正确使用字符数组和字符串，将为你更好地处理文本数据打下基础。

在本篇文章中，我们将深入探讨字符数组和字符串的定义、初始化、操作以及常用的字符串处理函数。

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2. 字符数组的定义与初始化

2.1 字符数组的定义

字符数组是由多个字符组成的一维数组，每个字符通常占用1个字节（在ASCII编码下）。字符数组在C语言中用来存储字符串。

字符数组的定义形式为：

char array_name[size];

• array_name：数组的名称。
• size：字符数组的大小，即可以存储多少个字符。

示例：定义一个字符数组

char str[10];  // 定义一个字符数组，最大存储10个字符

2.2 字符数组的初始化

字符数组可以通过以下两种方式进行初始化：

1. 显式初始化（每个字符指定值）

char str[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};

在这个例子中，字符数组 str 存储了字符串 "Hello"，并且最后一个字符是 '\0'，表示字符串的结束。

2. 使用字符串常量初始化（更常用）

char str[] = "Hello";

在这种方式下，编译器会自动推导字符数组的大小，并在字符串末尾自动加上 '\0' 字符。

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3. 字符串的操作

3.1 访问字符数组中的元素

字符数组中的每个字符可以通过索引进行访问，索引从 0 开始。例如：

char str[] = "Hello";
printf("%c\n", str[0]);  // 输出 H

3.2 修改字符数组中的元素

字符数组的元素可以通过索引直接修改：

char str[] = "Hello";
str[0] = 'h';  // 将 'H' 改为 'h'
printf("%s\n", str);  // 输出 hello

3.3 字符数组的遍历

字符数组的遍历通常通过循环结构实现，直到遇到结束符 '\0' 为止。

char str[] = "Hello";
for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) {
    printf("%c ", str[i]);
}
// 输出：H e l l o

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4. 字符串的常用函数

C语言提供了一些标准库函数来操作字符串，它们定义在 <string.h> 头文件中。下面介绍几个常用的字符串操作函数。

4.1 strlen() — 计算字符串长度

strlen() 函数用于计算一个字符串的长度（不包括字符串的结束符 '\0'）。

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

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("字符串长度：%lu\n", strlen(str));  // 输出：5
    return 0;
}

4.2 strcpy() — 字符串复制

strcpy() 函数用于将一个字符串复制到另一个字符串中。

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

int main() {
    char str1[] = "Hello";
    char str2[6];
    strcpy(str2, str1);  // 将str1的内容复制到str2
    printf("str2的内容：%s\n", str2);  // 输出：Hello
    return 0;
}

4.3 strcat() — 字符串拼接

strcat() 函数用于将两个字符串拼接起来。

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

int main() {
    char str1[20] = "Hello";
    char str2[] = " World";
    strcat(str1, str2);  // 拼接str2到str1
    printf("拼接后的字符串：%s\n", str1);  // 输出：Hello World
    return 0;
}

4.4 strcmp() — 字符串比较

strcmp() 函数用于比较两个字符串的大小。

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

int main() {
    char str1[] = "Hello";
    char str2[] = "World";
    int result = strcmp(str1, str2);
    if (result == 0) {
        printf("两个字符串相同\n");
    } else if (result < 0) {
        printf("str1 小于 str2\n");
    } else {
        printf("str1 大于 str2\n");
    }
    return 0;
}

4.5 strchr() — 查找字符

strchr() 函数用于查找字符串中首次出现的字符。

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

int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    char *ptr = strchr(str, 'o');  // 查找字符'o'
    if (ptr != NULL) {
        printf("字符'o'第一次出现在位置：%ld\n", ptr - str);  // 输出位置
    } else {
        printf("字符未找到\n");
    }
    return 0;
}

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5. 字符数组和字符串的常见错误

5.1 忘记给字符串添加结束符 '\0'

字符串必须以 '\0' 结尾，这是C语言中标识字符串结束的方式。如果没有正确添加结束符，很多字符串操作（如 strlen()）将无法正确工作。

5.2 数组越界

当操作字符数组时，必须确保不越过数组的边界。例如，如果你声明了一个字符数组大小为 10，但只给它 5 个字符，那么只能在前 5 个位置访问数据，后续的操作可能会导致内存错误。

5.3 使用 strcpy() 时要小心目标数组的大小

在使用 strcpy() 时，如果目标字符数组的空间不足以存储源字符串（包括结束符 '\0'），会发生溢出，导致程序崩溃或不可预测的行为。要确保目标数组有足够的空间来存储复制的内容。

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6. 总结

• 字符数组：用于存储单个字符的数据，可以通过索引访问和修改。
• 字符串：在C语言中，字符串是以字符数组的形式存储，并且以 '\0' 作为结束符。
• 常用函数：C语言提供了一些常用的字符串处理函数，如 strlen()、strcpy()、strcat()、strcmp() 等，用于计算字符串长度、复制字符串、拼接字符串等操作。
• 常见问题：在操作字符串时要特别注意字符串结束符、数组越界以及目标数组大小等问题。

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7. 练习题

1. 题目：编写一个程序，输入一个字符串，输出该字符串的长度。

答案：

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

int main() {
    char str[100];
    printf("请输入一个字符串：");
    gets(str);  // 获取输入字符串
    printf("字符串的长度是：%lu\n", strlen(str));
    return 0;
}

2. 题目：编写一个程序，输入两个字符串，比较它们是否相同。

答案：

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

int main() {
    char str1[100], str2[100];
    printf("请输入第一个字符串：");
    gets(str1);
    printf("请输入第二个字符串：");
    gets(str2);

    if (strcmp(str1, str2) == 0) {
        printf("两个字符串相同\n");
    } else {
        printf("两个字符串不同\n");
    }
    return 0;
}

3. 题目：编写一个程序，输入两个字符串，将第二个字符串拼接到第一个字符串后面并输出。

答案：

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

int main() {
    char str1[100], str2[100];
    printf("请输入第一个字符串：");
    gets(str1);
    printf("请输入第二个字符串：");
    gets(str2);

    strcat(str1, str2);  // 拼接第二个字符串到第一个字符串
    printf("拼接后的字符串是：%s\n", str1);
    return 0;
}

通过这些基础的练习，您将能够更熟练地操作字符数组和字符串，并掌握字符串的常见处理方法。