(二) C语言的字符串

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二、C语言的字符串

1. C语言的字符串构成

字符串由零个或多个字符组成，使用双引号括起来(单个字符，使用的是单引号括起来)，并且是一个有限的字符序列。比如："hello world"、"字符串"、"12345678"。对于单个字符，使用双引号括起来，也是一个字符串，比如："A"、"8"。

 

2. 字符串的存储

计算机使用的是一片连续的内存来存储一个字符串，因为字符串是由字符来组成的，所以，实际上就是把字符串拆分成单个字符进行存储。C程序中一般使用字符型数组或者一个字符型指针来存储一个字符串。

 

3. 字符串的结束符(空字符)

存储字符串，为了能和单个字符进行区分(比如：“A”和’A’)，在编译阶段编译器会在字符串的末尾加上一个结束符。

 

4. 字符数组的赋值方式

字符数组可以用来存储字符串，直接进行赋值即可。在定义字符数组的时候，可以指定数组的长度，也可以不指定，如果指定数组的长度，长度一定要是：字符串实际的长度+1。要腾出一个空间，让系统加上结束符。在字符串中自动添加结束符是多余的，系统又会自动添加一个。可以使用sizeof()来查看变量实际占用的内存空间大小，内存空间大小是在编译阶段就确定了的。

示例程序01：指定和不指定数组长度

u8_t str_buf1[]="123456\0"; u8_t str_buf2[]="123456"; //u8_t str_buf2[]={"123456"};  /* 花括号可以省略 */ u8_t str_buf3[7]="123456";   int main(void) {          printk ("sizeof(str_buf1): %d", sizeof(str_buf1));          printk ("sizeof(str_buf2): %d", sizeof(str_buf2));          printk ("sizeof(str_buf3): %d", sizeof(str_buf3));            printk ("strlen(str_buf1): %d", strlen(str_buf1));          printk ("strlen(str_buf2): %d", strlen(str_buf2));          printk ("strlen(str_buf3): %d", strlen(str_buf3));            return 0; }

结果：

/*内存大小由编译器自动分配*/ sizeof(str_buf1): 8  /* 实际占用的内存大小：字符串长7 + 系统加上的结束符\0 */ sizeof(str_buf2): 7  /* 实际占用的内存大小：字符串长6 + 系统加上的结束符\0 */   sizeof(str_buf3): 7  /* 实际占用的内存大小：定义数组时，指定的值7 */                  /* 这里的str_buf3[6]=’\0’，是系统加上的。所以，如果*/                  /* 定义的时候，指定数组的大小为6，那么编译器会报*/                  /* 警告！即使编译通过，运行程序时，内存已经不合法，*/ /* 比如使用strlen()求串长的时候，会得到异常值[系统也会加上结束符]。但是，并不一定是在str_buf3[6]之后加的，有可能str_buf3[6]之后连续的很长一块内存都不是空余的，假如在某个位置n加上了结束符，但是n位置之前有0值，strlen()遍历的时候，得到的也不是具体的串长。所以，要遵循规则，多申请一个空余的字节！！*/ /*严格一点的编译器就会报错，没法编译下去*/   strlen(str_buf1): 6  /* 遇到结束符(程序加上的)，结束 */ strlen(str_buf2): 6  /* 遇到结束符(系统自动加上的)，结束 */ strlen(str_buf3): 6  /* 遇到结束符(系统自动加上的)，结束 */

 

示例程序02（不指定长度）：字符数组也可以存储字符，但是花括号不能省略，并且系统不会加上结束符。

u8_t str_buf1[]={'1','2','3','4','5','6'}; /* 花括号不可以省略 */ u8_t str_buf2[]="123456"; int main(void) {          printk ("sizeof(str_buf1): %d", sizeof(str_buf1));          printk ("sizeof(str_buf2): %d", sizeof(str_buf2));          return 0; }

结果：

sizeof(str_buf1): 6  /* 不是一个字符串，系统不会再增加另一个字符[结束符] */ sizeof(str_buf2): 7  /* 是一个字符串，系统增加一个字符[结束符] */

 

对于上面程序，如果分别使用strlen()函数计算两个字符数组的长度，结果会如何？如下。

程序03：

u8_t str_buf1[]={'1','2','3','4','5','6'}; u8_t str_buf2[]="123456"; int main(void) {          printk ("sizeof(str_buf1): %d", sizeof(str_buf1));          printk ("sizeof(str_buf2): %d", sizeof(str_buf2));            return 0; }

结果：

main: sizeof(str_buf1): 6 main: sizeof(str_buf2): 7   main: strlen(str_buf1): 12  /* 异常值 */ main: strlen(str_buf2): 6   /* 正常值 */

分析：

对于函数strlen()，给一个地址作为入口，它就会不停计数，直到遇到结束符’\0’，也就是0。函数原型如下：

/**  *  * @brief Get string length  *  * @return number of bytes in string  */ size_t strlen(const char *s) {  size_t n = 0;    while (*s != '\0') {   s++;   n++;  }    return n; }

当字符数组存储的不是字符串，而是字符，并且字符中不包含结束符的时候，函数strlen()的遍历什么时候结束？

答：遇到0才结束。不同的系统会运行出不同的值。它会从某个地址开始，一直遍历内存上的值，直到遇到0，什么时候遇到0，取决于系统，比如收到其他程序，像bootloader的影响。比如，新增一个数组，第一个元素就赋值为0，则计算的长度就是正确的(一般来说C语言会在连续的内存地址上存储数组)。示例程序如下：

u8_t str_buf1[]={'1','2','3','4','5','6'}; u8_t str_buf3[]={NULL,'2','3','4','5','6'};  //0就是NULL   int main(void) {          printk("sizeof(str_buf1): %d", sizeof(str_buf1));          printk ("strlen(str_buf1): %d", strlen(str_buf1));          return 0; }

结果：

sizeof(str_buf1): 6 strlen(str_buf1): 6  /* 刚好碰上0 */

 

示例程序（指定长度）：字符数组存储多个字符0

u8_t str_buf1[10]={'1','2','3','4','5','6'};

用这种方法定义时，系统会从未初始化的元素开始，将之后的元素赋为'\0'。所以上面定义的str_buf1数组，内存中所有元素的值存在形式为：'1','2','3','4','5','6','\0','\0','\0','\0'。

 

5. 小结

(1)字符型数组可存储多个字符，也能存储一个字符串。区别就是对于字符串，系统会自动加上结束符，而对于存储多个字符的情况而言，如果没指定数组长度，系统不会加上结束符，需要在程序中手动加上，要么指定数组长度。

正确的写法：

//u8_t str_buf1[]={'1','2','3','4','5','6'}; u8_t str_buf1[]={'1','2','3','4','5','6', '\0'}; /* 等价 */ u8_t str_buf1[7]={'1','2','3','4','5','6'};      /* 等价 */

(2)在程序中，NULL的值就是0，所以，结束符有多种说法：NULL、0、’\0’

(3)字符数组可以指定/不指定长度，仅针对字符数组而言。而对于其他类型数组，在定义时必须有明确的长度(长度值不能是一个值不确定的量)，否则编译出错！

 

6. 字符指针的使用

直接进行赋值，示例程序如下：

u8_t *str_ptr0 = "123456"; int main(void) {          printk("sizeof(str_ptr0): %d", sizeof(str_ptr0));          printk ("strlen(str_ptr0): %d", strlen(str_ptr0));          printk ("0x%02x", str_ptr0);          printk ("0x%02x", &str_ptr0[0]);  /* 可以当数组来使用(结合下标对元素进行引用) */          printk ("%s", str_ptr0);   return 0; }

结果

sizeof(str_ptr0): 4   /* sizeof()运算符计算指针的大小，永远是4字节 */ strlen(str_ptr0): 6   /* 字符串在内存中的存在形式：123456\0 */ 0x8014494        /* 字符’1’的地址*/ 0x8014494        /* 字符’1’的地址*/ 123456

 

6. 字符串常量

在C语言中，字符串被放到常量区。对于字符型指针，可先声明，后赋值。

示例程序：

u8_t *str_ptr0; //const u8_t *str_ptr0; int main(void) {         str_ptr0 = "123456";          printk("sizeof(str_ptr0): %d", sizeof(str_ptr0));          printk ("strlen(str_ptr0): %d", strlen(str_ptr0));          printk ("0x%02x", str_ptr0);          printk ("0x%02x", &str_ptr0[0]);           printk ("%s", str_ptr0);            return 0; }

结果：

sizeof(str_ptr0): 4 strlen(str_ptr0): 6 0x8009f5c 0x8009f5c 123456

分析：

1. 定义了一个普通字符指针，并没有定义空间来存放字符串"123456"。
2. 编译器把"123456\0"当成常量，并把它放到程序的常量区。
3. str_ptr0是一个普通的指针变量，所以str_ptr0[指针]是被放在全局区上的[ 这里定义的是一个全局变量 ]， 只不过是它所指向的东西(值)被放在常量区[ 这里加不加const都一样 ]。

也可以使用单个字符对字符串指针进行赋值，但是不建议这么使用，很迷惑。示例程序如下：

u8_t *str_ptr1 = '1'; int main(void) {          printk("0x%x", &str_ptr1);          printk("%d", str_ptr1);          printk("%c", str_ptr1);            return 0; }

结果：

main: 0x1008718 main: 49 main: 1

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