C风格字符串[编辑 | 编辑源代码]

C风格字符串（C-style strings）是C++中从C语言继承的一种字符串表示方式，它以字符数组的形式存储，并以空字符（`'\0'`）作为字符串的结束标志。尽管现代C++更推荐使用`std::string`类，但理解C风格字符串对于处理遗留代码、底层编程以及与C语言交互仍然至关重要。

基本概念[编辑 | 编辑源代码]

C风格字符串本质上是一个字符数组，其中每个字符依次存储，最后一个字符必须是空字符（`'\0'`），表示字符串的结束。例如：

char str[] = "Hello"; // 实际存储：'H','e','l','l','o','\0'

空字符的ASCII码值为0，因此以下两种初始化方式是等价的：

char str1[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
char str2[] = "Hello"; // 编译器自动添加'\0'

内存表示[编辑 | 编辑源代码]

声明与初始化[编辑 | 编辑源代码]

C风格字符串有多种声明和初始化方式：

// 方式1：字符数组初始化
char str1[] = "Hello";

// 方式2：指定大小（必须包含'\0'的空间）
char str2[6] = "World";

// 方式3：逐个字符初始化
char str3[] = {'C', '+', '+', '\0'};

// 方式4：指针形式（字符串字面量）
const char* str4 = "Literal";

注意：字符串字面量（如`"Literal"`）存储在只读内存区域，修改它们会导致未定义行为。

常用操作[编辑 | 编辑源代码]

C标准库（`<cstring>`）提供了许多操作C风格字符串的函数：

字符串长度[编辑 | 编辑源代码]

使用`strlen()`获取字符串长度（不包括'\0'）：

#include <cstring>
#include <iostream>

int main() {
    const char* str = "Hello";
    std::cout << "Length: " << strlen(str); // 输出：5
    return 0;
}

字符串复制[编辑 | 编辑源代码]

使用`strcpy()`（不安全）或`strncpy()`（较安全）：

char dest[20];
strcpy(dest, "Hello"); // 复制整个字符串
strncpy(dest, "World", 3); // 只复制前3个字符

字符串连接[编辑 | 编辑源代码]

使用`strcat()`或`strncat()`：

char str[20] = "Hello";
strcat(str, " World"); // 结果："Hello World"

字符串比较[编辑 | 编辑源代码]

使用`strcmp()`（返回0表示相等）：

if (strcmp("apple", "banana") < 0) {
    std::cout << "apple comes before banana";
}

安全注意事项[编辑 | 编辑源代码]

C风格字符串容易引发缓冲区溢出等安全问题：

总是确保目标数组足够大
优先使用`strncpy()`而非`strcpy()`
考虑使用更安全的替代方案如`std::string`

// 危险示例：缓冲区溢出
char buf[5];
strcpy(buf, "HelloWorld"); // 超出buf大小

实际应用案例[编辑 | 编辑源代码]

文件路径处理[编辑 | 编辑源代码]

许多旧版API仍使用C风格字符串处理文件路径：

#include <cstring>
#include <fstream>

void readFile(const char* path) {
    std::ifstream file(path);
    // 处理文件...
}

int main() {
    const char* filePath = "data.txt";
    readFile(filePath);
    return 0;
}

与C API交互[编辑 | 编辑源代码]

当调用C库函数时通常需要C风格字符串：

#include <cstdlib>

int main() {
    system("dir"); // Windows下列出目录
    return 0;
}

性能考虑[编辑 | 编辑源代码]

C风格字符串操作通常比`std::string`更快，因为：

没有动态内存分配（对于固定大小数组）
直接内存访问
更少的功能开销

但需要手动管理内存和安全性。

数学表示[编辑 | 编辑源代码]

字符串长度可以表示为： $n = \min {i \in ℕ ∣ s [i] = \emptyset}$ 其中 $s$ 是字符数组， $\emptyset$ 表示空字符。

总结表[编辑 | 编辑源代码]

C风格字符串操作对比
操作	函数	安全版本
长度	strlen()	-
复制	strcpy()	strncpy()
连接	strcat()	strncat()
比较	strcmp()	strncmp()

练习建议[编辑 | 编辑源代码]

1. 实现自己的`strlen()`函数 2. 编写安全的字符串连接函数 3. 比较不同初始化方式的内存布局差异

理解C风格字符串是掌握C++字符串处理的基础，尽管现代C++更推荐使用`std::string`，但在底层编程和与C语言交互时这些知识仍然必不可少。