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= C++字符数组 =

'''字符数组'''是C++中用于存储字符序列的基础数据结构，本质上是将多个字符按顺序存储在连续内存中。由于C++兼容C风格字符串，字符数组在文本处理、文件操作和底层系统编程中广泛应用。本章将详细介绍字符数组的声明、初始化、操作以及与字符串的关系。

== 基本概念 ==
字符数组是元素类型为<code>char</code>的一维数组，其特殊之处在于可以表示'''C风格字符串'''——以空字符<code>\0</code>结尾的字符序列。例如：
<syntaxhighlight lang="cpp">
char greeting[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}; // 显式包含终止符
</syntaxhighlight>
等价于：
<syntaxhighlight lang="cpp">
char greeting[] = "Hello"; // 编译器自动添加\0
</syntaxhighlight>

=== 内存布局 ===
<mermaid>
graph LR
    A[0: 'H'] --> B[1: 'e']
    B --> C[2: 'l']
    C --> D[3: 'l']
    D --> E[4: 'o']
    E --> F[5: '\0']
</mermaid>

== 声明与初始化 ==
字符数组有多种初始化方式：

{| class="wikitable"
|+ 初始化方法对比
! 方式 !! 示例 !! 说明
|-
| 逐个字符初始化 || <code>char arr[4] = {'A', 'B', 'C', '\0'};</code> || 需手动添加终止符
|-
| 字符串字面量 || <code>char arr[] = "ABC";</code> || 自动添加\0（大小为4）
|-
| 部分初始化 || <code>char arr[5] = "Hi";</code> || 剩余元素填充\0
|}

== 常用操作 ==
=== 输入输出 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    char name[50];
    cout << "Enter your name: ";
    cin >> name;  // 输入"Alice"
    cout << "Hello, " << name;  // 输出"Hello, Alice"
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 标准库函数 ===
C++通过<cstring>头文件提供操作函数：

{| class="wikitable"
|+ 常用字符串函数
! 函数 !! 作用 !! 示例
|-
| <code>strlen()</code> || 获取长度 || <code>strlen("ABC") → 3</code>
|-
| <code>strcpy()</code> || 字符串复制 || <code>strcpy(dest, src)</code>
|-
| <code>strcat()</code> || 字符串连接 || <code>strcat(s1, s2)</code>
|}

== 与string类的对比 ==
{| class="wikitable"
|+ 字符数组 vs std::string
! 特性 !! 字符数组 !! std::string
|-
| 内存管理 || 手动分配 || 自动调整
|-
| 安全性 || 可能缓冲区溢出 || 边界检查
|-
| 操作复杂度 || O(n) || 通常O(1)
|}

== 实际应用案例 ==
=== 文件路径处理 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <fstream>
using namespace std;

int main() {
    char filepath[256] = "/home/user/data.txt";
    ifstream file(filepath);
    // 文件操作...
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 加密算法实现 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
void caesarCipher(char text[], int shift) {
    for (int i = 0; text[i] != '\0'; ++i) {
        if (isalpha(text[i])) {
            char base = islower(text[i]) ? 'a' : 'A';
            text[i] = (text[i] - base + shift) % 26 + base;
        }
    }
}
</syntaxhighlight>

== 注意事项 ==
* '''缓冲区溢出风险'''：<code>char arr[5]; cin >> arr;</code> 输入超长会导致崩溃
* '''未终止字符串'''：忘记<code>\0</code>可能引发未定义行为
* '''内存浪费'''：固定大小数组可能分配过多空间

== 高级技巧 ==
=== 多维字符数组 ===
用于存储字符串集合：
<syntaxhighlight lang="cpp">
const char* colors[3] = {"Red", "Green", "Blue"};
// 等效于：
char colors[3][6] = {"Red", "Green", "Blue"};
</syntaxhighlight>

=== 指针运算 ===
字符数组名可视为指针：
<syntaxhighlight lang="cpp">
char str[] = "Hello";
char* p = str + 1;  // 指向'e'
</syntaxhighlight>

== 数学表示 ==
字符数组可视为有限字符序列：
<math>
S = \{s_0, s_1, ..., s_{n-1}, \0\} \quad \text{其中} \quad s_i \in \text{ASCII集}
</math>

== 总结 ==
字符数组是C++底层文本处理的核心工具，虽然现代C++更推荐使用<code>std::string</code>，但在以下场景仍需字符数组：
* 与C语言API交互
* 内存受限环境
* 需要直接操作内存的算法实现

掌握字符数组对于理解C++内存模型和字符串处理机制至关重要。

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