C 语言字符串处理

C语言字符串处理

介绍

在C语言中，字符串是以空字符（'\0'）结尾的字符数组。由于C语言没有内置的字符串类型，字符串处理依赖于标准库提供的函数，这些函数定义在头文件<string.h>中。字符串处理是C语言编程中的基础操作，涉及字符串的创建、复制、连接、比较、搜索等。

字符串基础

C语言中的字符串本质上是字符数组，以空字符（'\0'）作为结束标志。例如：

char str[] = "Hello, World!";

这里，编译器会自动在末尾添加'\0'，数组长度为14（13个字符 + 1个空字符）。

字符串声明方式

字符串可以通过以下方式声明：

// 方式1：字符数组初始化
char str1[] = "Hello";

// 方式2：指定大小的字符数组
char str2[10] = "Hello";

// 方式3：指针指向字符串常量
const char *str3 = "Hello";

常用字符串处理函数

以下是最常用的字符串处理函数：

strlen()

计算字符串长度（不包括'\0'）。

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

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("Length: %zu\n", strlen(str)); // 输出: Length: 5
    return 0;
}

strcpy() 和 strncpy()

复制字符串。

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

int main() {
    char src[] = "Copy me";
    char dest[20];
    
    strcpy(dest, src); // 完全复制
    printf("dest: %s\n", dest); // 输出: dest: Copy me
    
    strncpy(dest, "Partial", 4); // 复制前4个字符
    dest[4] = '\0'; // 手动添加终止符
    printf("dest: %s\n", dest); // 输出: dest: Part
    return 0;
}

strcat() 和 strncat()

连接字符串。

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

int main() {
    char str1[20] = "Hello";
    char str2[] = " World!";
    
    strcat(str1, str2); // 连接
    printf("%s\n", str1); // 输出: Hello World!
    
    strncat(str1, " Goodbye!", 5); // 连接前5个字符
    printf("%s\n", str1); // 输出: Hello World! Good
    return 0;
}

strcmp() 和 strncmp()

比较字符串。

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

int main() {
    char str1[] = "apple";
    char str2[] = "banana";
    
    int result = strcmp(str1, str2);
    if (result < 0) {
        printf("%s comes before %s\n", str1, str2);
    } else if (result > 0) {
        printf("%s comes after %s\n", str1, str2);
    } else {
        printf("Strings are equal\n");
    }
    // 输出: apple comes before banana
    return 0;
}

strchr() 和 strstr()

查找字符或子字符串。

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

int main() {
    char str[] = "Find the needle in the haystack";
    char *found = strstr(str, "needle");
    
    if (found != NULL) {
        printf("Found at position: %ld\n", found - str); // 输出: Found at position: 9
    } else {
        printf("Not found\n");
    }
    return 0;
}

安全注意事项

许多传统字符串函数（如strcpy、strcat）容易导致缓冲区溢出。建议使用更安全的替代版本：

• 使用strncpy代替strcpy
• 使用strncat代替strcat
• 使用snprintf格式化字符串

实际应用案例

案例1：用户输入处理

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

#define MAX_INPUT 100

int main() {
    char input[MAX_INPUT];
    
    printf("Enter your name: ");
    fgets(input, MAX_INPUT, stdin); // 安全读取输入
    
    // 移除换行符
    input[strcspn(input, "\n")] = '\0';
    
    printf("Hello, %s!\n", input);
    return 0;
}

案例2：字符串解析

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

int main() {
    char data[] = "John,Doe,30,New York";
    char *token;
    
    token = strtok(data, ",");
    while (token != NULL) {
        printf("%s\n", token);
        token = strtok(NULL, ",");
    }
    /* 输出:
       John
       Doe
       30
       New York
    */
    return 0;
}

高级主题

自定义字符串函数

实现自己的字符串函数有助于深入理解字符串处理：

#include <stdio.h>

size_t my_strlen(const char *str) {
    size_t len = 0;
    while (*str++) len++;
    return len;
}

int main() {
    printf("%zu\n", my_strlen("Test")); // 输出: 4
    return 0;
}

字符串与内存管理

处理字符串时需要注意内存分配：

• 动态分配字符串使用malloc/calloc
• 记得释放内存(free)
• 避免内存泄漏

性能考虑

字符串操作可能成为性能瓶颈：

• 避免在循环中重复计算字符串长度
• 对于大量连接操作，考虑预分配足够空间
• 某些情况下，使用memcpy比strcpy更高效

总结

C语言的字符串处理是编程基础中的关键部分。虽然C提供了丰富的字符串处理函数，但程序员需要特别注意字符串终止符和缓冲区溢出的问题。掌握这些函数和概念对于编写健壮、高效的C程序至关重要。

练习建议

1. 实现自己的字符串处理函数库 2. 编写一个简单的文本处理程序（如单词计数器） 3. 尝试处理多字节字符和宽字符（wchar_t）