第五次课大纲

Posted 2020-09-04 niuxiaoxia

一、回顾6.3节字符数组中字符串的概念：

　　1、字符串的定义和初始化

　　在C语言中，没有字符串这个数据类型，字符串是以字符数组的形式存在的，并且字符串的末尾会有结束符‘\\0’标志字符串的结束。所以定义以及初始化字符串时，可以使用下列方式：

char str[]={"hello world"};
char str[]="hello world";

　　问题：按照上图方式定义字符数组str，那么str的长度为？

　　答案是12，注意不要忽略末尾的结束符，验证方法：sizeof()输出长度

　　2、字符串的输入与输出

　　字符数组的输入输出有两种方式：一种是使用%c格式符输入或输出一个字符，另一种是使用%s格式符一次输入与输出整个字符串。

　　问题：回忆并使用两种方式编程输出上图中str字符数组。

　　答案：答案不唯一，只要输出字符串即可，下面代码只是其中的三种方法，结果会输出三次hello world。

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main(int argc, char const *argv[]){
 4     int i;
 5     char a[]="hello world";
 6     printf("sizeof a=%lu\\n",sizeof(a));
 7     
 8     i=0; 
 9     while(a[i]!=\'\\0\'){ 
10         printf("%c",a[i]);
11         i++;
12     } 
13         printf("\\n");
14     for(i=0;i<sizeof(a);i++){ 
15         printf("%c",a[i]);
16     } 
17     
18     printf("\\na[]=%s\\n",a);
19     
20     return 0;
21 }

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二、字符串和指针

　　1、字符串的指针形式定义

　　通过数组和指针的学习，我们知道数组可通过指针进行访问（读写），且指针和数组具有天然的联系，可以以指针的形式去访问或者遍历一个数组，也可以以数组的形式去访问指针所代表的那一大片连续的地址空间。数组和指针有着这种联系，字符串在内存里的表达形式是数组，那么定义或访问字符串时可以使用指针也可以使用数组。因此字符串的定义可以使用下述两种方式：

 char *str = "hello"；            //指针形式
 char str[] = "hello";           //数组形式　

　　上述两种方式均可使用格式符%s和格式符%c输出字符串str的内容。

　　问题：使用指针形式定义字符串，且使用%s和%c输出字符串str。

　　答案：答案有多种形式，下面的代码可供参考，编译运行后输出两次hello wolrd。另外思考：在下述代码中若使用%c输出，再使用%s输出，也就是将printf ("%s\\n",str);  放在第10行，结果是否不变？如果变化为什么？（这个思考题其实属于指针和数组内容）

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main(void){
 4     char *str="hello world";
 5    
 6     printf ("%s\\n",str);  
 7    
 8     while ((*str)!=\'\\0\')
 9         printf ("%c",*str++);
10         
11     return 0;
12 }

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　　若将printf ("%s\\n",str)放在第10行再次编译时，只能输出一次hello，world。为什么哪？因为在使用格式符%c输出字符串时，str指针执行了++运算，那么当输出字符串后，str指向了最后一个字符”\\0“，可通过%p输出str的值验证，具体代码如下：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main(void){
 4     char *str="hello world";
 5    
 6     printf ("%p\\n",str);  
 7    
 8     while ((*str)!=\'\\0\')
 9         printf ("%c",*str++);
10 
11     printf ("\\n%p\\n",str);         
12     printf ("%s\\n",str);     
13     return 0;
14 }

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　　2、数组形式和指针形式定义字符串的区别

　　既然可以使用指针形式定义字符串，并且和数组形式定义字符串形式一样可使用格式符%s和%c输出字符串，那么两种定义方式是完全等价的吗？并不是，两种形式的不同体现在给字符串赋值时，如下述代码：

1 #include <stdio.h>
2 
3 int main(void){
4     char *s={"hello,world"};
5     s[0]=\'B\';
6     
7     printf("here!s[0]=%c\\n",s[0]);
8 }

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　　上述代码使用指针形式定义字符串，编译运行时会出现错误，但是当将*s改为s[]时，也就是使用数组形式定义字符串，编译运行没有错误，正常输出结果如下：

here!s[0]=B

--------------------------------
Process exited after 0.0329 seconds with return value 0
请按任意键继续. . .

　　所以指针形式定义的字符串是不可修改的，若定义一个可修改的字符串则需要使用数组的形式定义字符串。那么为什么哪？为什么字符指针的形式不可修改，而数组的形式可修改。

　　3、指针形式定义的字符串为什么不可修改

　　为什么指针形式定义字符串，字符串不可修改，我们通过下面的这段代码来分析原因：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main(void){
 4     int i;
 5     char *s = "hello,world";
 6     //s[0]=\'B\';
 7     char *s2 = "hello,world";
 8     printf("&i=%p\\n",&i);    
 9     printf("&s=%p\\n",&s);
10     printf("&s2=%p\\n",&s2);    
11     
12     printf("s =%p\\n",s);
13     printf("s2=%p\\n",s2);
14     printf("s[0]=%c\\n",s[0]);
15 }

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　　新建一个整数变量i、字符串s2，给s和s2同样的初值，输出变量i、s和s2的地址：编译可能还是会有警告，先不管警告，运行后发现结果如下：

&i=000000000062FE4C
&s=000000000062FE40
&s2=000000000062FE38
s =0000000000404000
s2=0000000000404000
s[0]=h

--------------------------------
Process exited after 0.01247 seconds with return value 0
请按任意键继续. . .

　　从结果可以看出，作为变量i、s、s2地址是相邻的，且先定义的变量的地址大，后定义的变量的地址小。而s和s2的结果是一样的，s和&s结果不一致，变量i、s、s2地址是一个很大的数，而s和s2的值比较小，主要是因为“hello，world”在程序的代码段，地址一般比较小且所在区域一般不允许修改，如果程序修改该区域，那么操作系统会有个保护机制，会让你的代码运行错误，说你在做坏事不让你写，如果该操作系统允许你写，那么这个操作系统不够安全。

　　写好程序编译的时候，编译器会对编译时就已经有值（hello,world）的东西，将该值放在一个只读不能写的位置（也就是代码区），然后让你的指针指向这个值的位置，如果有两个指针的值都是这个值，那么就需要将两个指针都指向这个值的位置，也就因为允许多个指针指向这个位置，所以才不允许修改。实际上，s是一个指针，初始化为指向一个字符串常量，由于这个常量在只读不可写的位置，所以实际上s是const char *s，但是由于历史的原因，编译器接收不带const的写法，或者是省略const的写法，但是试图对这个字符串常量做写入会导致严重的后果。

　　4、数组形式定义的字符串为什么可修改

　　数组形式定义的字符串为什么可修改？在上述代码的基础上再添加数组形式定义字符串s3：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main(void){
 4     int i;
 5     char *s = "hello,world";
 6     char *s2 = "hello,world";
 7     char s3[] = "hello,world";
 8     printf("&i=%p\\n",&i);    
 9     printf("&s=%p\\n",&s);
10     printf("&s2=%p\\n",&s2);    
11     printf("&s3=%p\\n",&s3);    
12     printf("s3=%p\\n",s3);    
13             
14     printf("s =%p\\n",s);
15     printf("s2=%p\\n",s2);
16     
17     s3[0]=\'B\';
18     printf("s3[0]=%c\\n",s3[0]);
19 }

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　　编译运行结果如下，发现&s3和s3是同一个位置，和i、s、s2都在同一个位置：

&i=000000000062FE4C

&s=000000000062FE40

&s2=000000000062FE38

&s3=000000000062FE20

s3=000000000062FE20

s =0000000000404000

s2=0000000000404000

s3[0]=B

 

--------------------------------

Process exited after 0.03045 seconds with return value 0

请按任意键继续. . .

 　　使用数组形式定义字符串，那么字符串就在当前位置，也就是字符串不会在地址比较小的代码区，而是就在定义当前变量的位置。所以数组形式定义的字符串是可修改的。

　　综上所述：当程序需要一个字符串的时候，那么我们是将字符串写成数组的形式还是指针的形式呢？如果是作为数组，那么表示这个字符串就在这里，作为本地变量空间自动被释放。而如果作为指针，那么这个字符串不知道在哪里，所以通常我们使用指针定义字符串完成下列事情：

　　1）如果需要一个只读不写的字符串；

　　2）如果该字符串需要作为函数参数时，在学指针和数组时我们知道，将数组作为函数参数时，传递到函数内的就是指针；

　　3）如果需要动态分配空间，那就只能使用指针了。

　　所以，选择指针和数组的基本原则：如果要构造一个字符串，使用数组形式定义字符串，如果要处理一个字符串，使用指针形式定义字符串。

三、字符指针作为函数参数

　　字符串存在形式是字符数组，而在上一节说过数组作为函数参数时，传递到函数内部的就是指针，那么练习分别使用字符指针和字符数组的形式传递两个字符串from和to，并且将字符串to的内容复制为字符串from的内容，在赋值的时候可选用指针（*运算符）和数组形式（[]运算符）完成。详见课本P259，8.4.2 字符指针作函数参数。