1、字符串数组与字符串

• 用来存放字符的数组称为字符数组：

char a[10];     // 一维字符数组
char b[5][10];  // 二维字符数组
char c[20]={'c', '  ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a','m'};  // 给部分数组元素赋值
char d[]={'c', ' ', 'p', 'r', 'o', 'g', 'r', 'a', 'm' };   // 对全体元素赋值时可以省去长度

• 字符数组实际上是一系列字符的集合，即字符串（String）。
• C 语言中没有专门的字符串变量，没有 string 类型，通常用一个字符数组来存放一个字符串。
• C 语言规定，可以将字符串直接赋值给字符数组：

char str[30] = {"www.yuque.com/it-coach"};
// 这种形式更加简洁, 实际开发中常用
char str[30] = "www.yuque.com/it-coach";  

• 数组第 0 个元素为'c'，第 1 个元素为'.'，第 2 个元素为'b'，后面的元素以此类推。
• 为了方便，也可以不指定数组长度：

char str[] = {"www.yuque.com/it-coach"};
char str[] = "www.yuque.com/it-coach";  

• 给字符数组赋值时通常将字符串一次性地赋值（可以指明数组长度，也可以不指明），而不是一个字符一个字符地赋值。
• 注意：字符数组只有在定义时才能将整个字符串一次性赋值给它，一旦定义完了，就只能一个字符一个字符地赋值：

char str[7];

// 错误
str = "abc123";  
// 正确
str[0] = 'a'; str[1] = 'b'; str[2] = 'c';
str[3] = '1'; str[4] = '2'; str[5] = '3';

（1）字符串结束标志【IMP】

• 字符串是一系列连续的字符的组合，在内存中定位一个字符串除了要知道它的开头，还要知道它的结尾。找到字符串的开头很容易，知道它的名字（字符数组名或字符串名）就可以；然而，如何找到字符串的结尾？
• C 语言中，字符串总是以'\0'作为结尾，所以'\0'也被称为字符串结束标志（字符串结束符）。

• • '\0'是 ASCII 码表中的第 0 个字符，英文称为 NUL，中文称为 “空字符”。该字符既不能显示，也没有控制功能，输出该字符不会有任何效果，它在 C 语言中唯一的作用就是作为字符串结束标志。

• C 语言在处理字符串时，会从前往后逐个扫描字符，一旦遇到'\0'就认为到达了字符串的末尾，就结束处理。'\0'至关重要，没有'\0'就意味着永远也到达不了字符串的结尾。
• 由" "包围的字符串会自动在末尾添加'\0'。例如"abc123"从表面看只包含了 6 个字符，其实 C 语言会在最后隐式地添加一个'\0'，这个过程是在后台默默地进行的，所以我们感受不到。
• 下图演示了"C program"在内存中的存储情形：

  

• 注意：逐个字符地给数组赋值并不会自动添加'\0'：

• • char str[] = {'a', 'b', 'c'};
  • 数组 str 的长度为 3，而不是 4，因为最后没有'\0'。

• 当用字符数组存储字符串时，要特别注意'\0'（要为'\0'留个位置）；这意味着，字符数组的长度至少要比字符串的长度大 1：

• • char str[7] = "abc123";
  • "abc123"看起来只包含了 6 个字符，却将 str 的长度定义为 7，就是为了能够容纳最后的'\0'。如果将 str 的长度定义为 6，它就无法容纳'\0'了。
  • 当字符串长度大于数组长度时，有些较老或者不严格的编译器并不会报错，甚至连警告都没有，这就为以后的错误埋下了伏笔，要多多注意。

• 有时程序的逻辑要求必须逐个字符地为数组赋值，这时就很容易遗忘字符串结束标志'\0'。
• 示例：将 26 个大写英文字符存入字符数组，并以字符串的形式输出

#include <stdio.h>
int main(){
    char str[30];
    char c;
    int i;
    for(c=65,i=0; c<=90; c++,i++){
        str[i] = c;
    }
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

/*
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ@
*/

• 大写字母在 ASCII 码表中是连续排布的，编码值从 65 开始，到 90 结束，使用循环非常方便。
• 在很多编译器下，局部变量的初始值是随机的垃圾值，而不是通常认为的 “零” 值。
• 局部数组（在函数内部定义的数组）也有这个问题，很多编译器并不会把局部数组的内存都初始化为 “零” 值，而是放任不管，所以它们的值也是没有意义的垃圾值。
• 在函数内部定义的变量、数组、结构体、共用体等都称为局部数据。很多编译器下局部数据的初始值都是随机的、无意义的，而不是通常认为的 “零” 值。
• 本例中的 str 数组在定义完成以后并没有立即初始化，所以它所包含的元素的值都是随机的，只有很小的概率会是 “零” 值。循环结束以后，str 的前 26 个元素被赋值了，剩下的 4 个元素的值依然是随机的。
• printf() 输出字符串时，会从第 0 个元素开始往后检索，直到遇见'\0'才停止，然后把'\0'前面的字符全部输出，这就是 printf() 输出字符串的原理。
• 本例中使用 printf() 输出 str，按理到了第 26 个元素就能检索到'\0'，就到达了字符串的末尾，然而事实却不是这样，由于并未对最后 4 个元素赋值，所以第 26 个元素不是'\0'，第 27 个也不是，第 28 个也不是……可能到了第 50 个元素才遇到'\0'，printf() 把这 50 个字符全部输出出来，就是上面的样子，多出来的字符毫无意义，甚至不能显示。
• 数组总共才 30 个元素，到了第 50 个元素不早就超出数组范围了吗？是的，的确超出范围了！然而，数组后面依然有其它的数据，printf() 也会将这些数据作为字符串输出。
• 不注意'\0'的后果很严重：不但不能正确处理字符串，甚至还会毁坏其它数据。
• 要想避免这些问题也很容易，在字符串的最后手动添加'\0'即可。
• 修改上面的代码，在循环结束后添加'\0'：

#include <stdio.h>
int main(){
    char str[30];
    char c;
    int i;
    for(c=65,i=0; c<=90; c++,i++){
        str[i] = c;
    }
    // 此处为添加的代码, 也可以写作 str[i] = '\0'; 根据 ASCII 码表, 字符'\0'的编码值就是 0
    str[i] = 0;  
    printf("%s\n", str);
   
    return 0;
}

/*
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
*/

• 但这样的写法貌似有点业余（不够简洁），更加专业的做法是将数组的所有元素都初始化为 “零”值，这样才能够从根本上避免问题：

#include <stdio.h>
int main(){
    // 将所有元素都初始化为 0, 或者说 '\0'
    char str[30] = {0};  
    char c;
    int i;
    for(c=65,i=0; c<=90; c++,i++){
        str[i] = c;
    }
    printf("%s\n", str);
   
    return 0;
}

/*
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
*/

• 如果只初始化部分数组元素，那么剩余的数组元素也会自动初始化为 “零” 值，所以只需要将 str 的第 0 个元素赋值为 0，剩下的元素就都是 0 了。

（2）字符串长度

• 字符串长度：字符串包含了多少个字符（不包括最后的结束符'\0'）。例如"abc"的长度是 3，而不是 4。
• C 语言中使用string.h头文件中的 strlen() 函数来求字符串的长度：

• • length strlen(strname);

• • • strname：字符串或字符数组的名字
    • length：使用 strlen() 后得到的字符串长度，是一个整数

#include <stdio.h>
#include <string.h>  // 记得引入该头文件
int main(){
    char str[] = "http://www.yuque.com/it-coach/";
    long len = strlen(str);
    printf("The lenth of the string is %ld.\n", len);
   
    return 0;
}

/*
The lenth of the string is 30.
*/

2、字符串的输入和输出

（1）字符串的输出

• C 语言中有两个函数可以在控制台（显示器）上输出字符串：

• • puts()：输出字符串并自动换行，该函数只能输出字符串。
  • printf()：通过格式控制符%s输出字符串，不能自动换行。printf() 还能输出其他类型的数据。

#include <stdio.h>
int main(){
    char str[] = "www.yuque.com/it-coach";
    printf("%s\n", str);  // 通过字符串名字输出
    printf("%s\n", "www.yuque.com/it-coach");  // 直接输出
    puts(str);            // 通过字符串名字输出
    puts("www.yuque.com/it-coach");            // 直接输出
    return 0;
}

/*
www.yuque.com/it-coach
www.yuque.com/it-coach
www.yuque.com/it-coach
www.yuque.com/it-coach
*/

• 注意：输出字符串时只需要给出名字，不能带后边的[ ]

// 下面的两种写法都是错误的
printf("%s\n", str[]);
puts(str[10]);

（2）字符串的输入

• C 语言中有两个函数可以让用户从键盘上输入字符串：

• • scanf()：通过格式控制符%s输入字符串。scanf() 还能输入其他类型的数据。
  • gets()：直接输入字符串，并且只能输入字符串。

• scanf() 和 gets() 的区别：

• • scanf() 读取字符串时以空格为分隔，遇到空格就认为当前字符串结束了，所以无法读取含有空格的字符串。

• • • 其实 scanf() 也可以读取带空格的字符串，完全可以替代 gets()。scanf() 的用法还可以更加复杂和灵活，比 gets() 的功能更加强大。比如，以下功能都是 gets() 不具备的：

• • • • 控制读取字符的数目
      • 只读取指定的字符
      • 不读取某些字符
      • 把读取到的字符丢弃

• • gets() 认为空格也是字符串的一部分，只有遇到回车键时才认为字符串输入结束，不管输入了多少个空格，只要不按下回车键，对 gets() 来说就是一个完整的字符串。即 gets() 用来读取一整行字符串。

#include <stdio.h>
int main(){
    char str1[30] = {0};
    char str2[30] = {0};
    char str3[30] = {0};
    // gets() 用法
    printf("Input a string: ");
    gets(str1);
    // scanf() 用法
    printf("Input a string: ");
    scanf("%s", str2);
    scanf("%s", str3);
   
    printf("\nstr1: %s\n", str1);
    printf("str2: %s\n", str2);
    printf("str3: %s\n", str3);
    return 0;
}

/*
Input a string: C C++ Java Python
Input a string: PHP JavaScript

str1: C C++ Java Python
str2: PHP
str3: JavaScript
*/

• 第一次输入的字符串被 gets() 全部读取，并存入 str1 中。
• 第二次输入的字符串，前半部分被第一个 scanf() 读取并存入 str2 中，后半部分被第二个 scanf() 读取并存入 str3 中。
• 注意：scanf() 在读取数据时需要的是数据的地址，所以对于 int、char、float 等类型的变量都要在前边添加&以获取它们的地址。但是在本段代码中只给出了字符串的名字，却没有在前边添加&，因为字符串名字或者数组名字在使用的过程中一般都会转换为地址，所以再添加&就是多此一举，甚至会导致错误了。
• int、char、float 等类型的变量用于 scanf() 时都要在前面添加&，而数组或者字符串用于 scanf() 时不用添加&，它们本身就会转换为地址。

3、字符串处理函数

• C 语言提供了丰富的字符串处理函数，可以对字符串进行输入、输出、合并、修改、比较、转换、复制、搜索等操作。
• 用于输入输出的字符串函数（printf、puts、scanf、gets等）使用时要包含头文件stdio.h，而使用其它字符串函数要包含头文件string.h。
• string.h是一个专门用来处理字符串的头文件，它包含了很多字符串处理函数。

（1）strcat()：字符串连接

• strcat（string catenate）：把两个字符串拼接在一起，语法格式：

• • strcat(arrayName1, arrayName2);

• • • arrayName1、arrayName2：需要拼接的字符串。strcat() 将把 arrayName2 连接到 arrayName1 后面，并删除原来 arrayName1 最后的结束标志'\0'。这意味着，arrayName1 必须足够长，要能够同时容纳 arrayName1 和 arrayName2，否则会越界（超出范围）。

• • strcat() 的返回值为 arrayName1 的地址。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(){
    char str1[100]="The URL is ";
    char str2[60];
    printf("Input a URL: ");
    gets(str2);
    strcat(str1, str2);
    puts(str1);
   
    return 0;
}

/*
Input a URL: www.yuque.com/it-coach
The URL is www.yuque.com/it-coach/
*/

（2）strcpy()：字符串复制

• strcpy（string copy）：字符串复制，将字符串从一个地方复制到另外一个地方，语法格式：

• • strcpy(arrayName1, arrayName2);
  • strcpy() 会把 arrayName2 中的字符串拷贝到 arrayName1 中，字符串结束标志'\0'也一同拷贝。
  • strcpy() 要求 arrayName1 要有足够的长度，否则不能全部装入所拷贝的字符串。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(){
    char str1[50] = "《C语言》";
    char str2[50] = "www.yuque.com/it-coach";
    strcpy(str1, str2);
    printf("str1: %s\n", str1);
    return 0;
}

/*
str1: www.yuque.com/it-coach
*/

（3）strcmp()：字符串比较

• strcmp（string compare）：字符串比较，语法格式为：

• • strcmp(arrayName1, arrayName2);

• • • arrayName1 和 arrayName2 是需要比较的两个字符串。

• • 返回值

• • • 若 arrayName1 和 arrayName2 相同，则返回 0
    • 若 arrayName1 大于 arrayName2，则返回大于 0 的值
    • 若 arrayName1 小于 arrayName2，则返回小于 0 的值

• 字符本身没有大小之分，strcmp() 以各个字符对应的 ASCII 码值进行比较。strcmp() 从两个字符串的第 0 个字符开始比较，如果它们相等，就继续比较下一个字符，直到遇见不同的字符，或到字符串的末尾。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(){
    char a[] = "aBcDeF";
    char b[] = "AbCdEf";
    char c[] = "aacdef";
    char d[] = "aBcDeF";
    printf("a VS b: %d\n", strcmp(a, b));
    printf("a VS c: %d\n", strcmp(a, c));
    printf("a VS d: %d\n", strcmp(a, d));
   
    return 0;
}

/*
a VS b: 32
a VS c: -31
a VS d: 0
*/