程序设计入门——C语言学习笔记Lecture 4

Lecture 4 指针与字符串

1. 指针

  指针就是保存地址的变量；变量的值是内存的地址

• 普通变量的值是实际的值
• 指针变量的值是具有实际值的变量的地址

  单目运算符 *：取值，用来访问指针的值所表示的地址上的变量；可以做右值也可以做左值

• int k = *p;
• *p = k + 1;

1.1 sizeof

是一个运算符，给出某个类型或变量在内存中所占据的字节数，例如
sizeof(int);    sizeof(i);

1.2 运算符&

获得变量的地址，它的操作数必须是变量；&不能对没有地址的东西取地址

int i; 
printf("%p", &i);

地址的字节数是否与int相同取决于编译器（32位架构还是64位架构）

int a[10]; 
printf("%p %p %p", a, &a[0], &a); 
//将输出三个相同的地址

1.3 数组与指针

1.3.1 函数参数表里的数组

  函数参数表里的数组实际上是指针，但是可以用数组的运算符[]进行运算。
  在子函数中，sizeof(a) == sizeof(int *) ；这就是为什么函数参数表里要用另外一个变量len记录数组长度，而不能直接用sizeof(a) / sizeof(a[0])计算。
  下面四种函数原型是等价的：

• int sum(int *ar, int n);
• int sum(int *, int);
• int sum(int ar[], int n);
• int sum(int [], int);

1.3.2 数组变量是特殊的指针

• 数组变量本身表达地址，所以
  int a[10];
int *p = a; //无需用&取地址；
  但是数组的单元表达的是变量，需要用&取地址；
• [ ]运算符可以对数组做，也可以对指针做 p[0] $\Leftrightarrow$ a[0]；
• *运算符可以对指针做，也可以对数组做 *a = 25;
• 数组变量是类型为const的指针，因此不能被赋值 int a[]; $\Leftrightarrow$ int *const a = …;

2. 字符串

2.1 大小写转换

  字母在ASCII表中是顺序排列的，大写字母和小写字母是分开排列的，并不在一起， 'a'-'A' 可以得到两端之间的距离，于是

• a + 'a' - 'A'可以把一个大写字母变成小写字母
• a + 'A' - 'a'可以把一个小写字母变成大写字母

2.2 逃逸字符

  用来表达无法印出来的控制字符或特殊字符，它由一个反斜杠\开头，后面跟上另一个字符，这两个字符合起来，组成了一个字符，例如：printf("请分别输入身高的英尺和英寸，如输入\"5 7\"表示5英尺7英寸："); 以上语句中，如果不加\，则语句中的双引号的前一个"会与开头的"配对，导致程序出错。

2.3 字符数组与字符串

2.3.1 字符数组

  字符数组char word[]={'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!'}; 这不是C语言的字符串，因为不能用字符串的方式做计算。

2.3.2 字符串

字符串 char word[]={'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!', '\0'}; $\Leftrightarrow$ char word[] = "Hello!";

• 字符串是指以0（整数0）结尾的一串字符，0或’\0’是一样的，但是和’0’不同；
• 0标志字符串的结束，但它不是字符串的一部分，计算字符串长度时不包含这个0；
• 字符串以数组的形式存在，以数组或指针的形式访问，更多的时候是以指针的形式；
• string.h里有很多处理字符串的函数。

2.4 定义字符串

• char *str = "Hello";
• char word[] = "Hello";
• char line[10] = "Hello";

2.4.1 字符串常量

• "Hello"叫做字符串常量，会被编译器编程一个字符数组在某处，这个数组的长度是6，结尾还有表示结束的0；
• 两个相邻的字符串常量会被自动连接起来。
• C语言的字符串是以字符数组的形态存在的：不能用运算符对字符串做运算；通过数组的方式可以遍历字符串。
• 唯一特殊的地方是字符串常量（即" "）可以用来初始化字符数组；以及标准库提供了一系列字符串函数。

char *s = "Hello, world!";

• s是一个指针，初始化为指向一个字符串常量；
• 由于这个常量所在的地方，实际上s是 const char *s，但是由于历史原因，编译器接受不带const的写法；
• 但是试图对s所指的字符串做写入会导致严重的后果；
• 如果需要修改字符串，应该用数组来定义char s[] = "Hello, world!";

2.4.2 使用指针还是数组定义字符串？

char *s = "Hello, world!";
char s[] = "Hello, world!";

• 数组：这个字符串在这里，作为本地变量空间自动被回收；
• 指针：这个字符串不知道在哪里；
  • 处理参数（函数参数）
  • 动态分配空间
• 如果要构造一个字符串 $\rightarrow$ 数组 （可对字符串进行修改）
  如果要处理一个字符串 $\rightarrow$ 指针（无法对字符串进行修改）

2.4.3 char*是字符串？

• 字符串可以表达为char*的形式；
• char*不一定是字符串；
  • 本意是指向字符的指针，可能指向的是字符的数组（就像int*一样）；
  • 只有它所指的字符数组有结尾的0，才能说它所指的是字符串。
• 常见错误：

char *string;
scanf("%s", string);

  错以为char *是字符串类型，定义了一个字符串类型的变量string就可以直接使用了；由于没有对string初始化为0，所以不一定每次运行都出错（但不知道在什么时候就会出错）

2.4.4 空字符串

char buffer[100]= "";这是一个空的字符串，buffer[0] == '\0'
char buffer[] = "";这个数组长度只有1

3.字符串输入输出

char string[8];
scanf("%s", string);    
printf("%s", string);

  scanf读入一个单词（到空格、tab或回车为止）；scanf是不安全的，因为不知道要读入的内容的长度
  安全的输入：scanf("%7s", string); 在%和s之间的数字表示最多允许读入的字符的数量，这个数字应该是数组的大小减1。

4.字符串函数简介

  使用字符串函数前首先需要#include <string.h>

• strlen
  size_t strlen(const char *s);
  返回s的字符串长度（不包括结尾的0）

• strcmp
  int strcmp(const char *s1, const char *s2);
int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n); (比较前n个)
  比较两个字符串，返回值0：s1== s2 ； 1(正数)：s1>s2 ； -1(负数)：s1<s2

• strcpy
  char *strcpy(char *restrict dst, const char *restrict src);

  • 把src的字符串拷贝到dst（restrict表明src和dst不重叠，C99）
    
  • 返回dst（为了能链起代码来）

• strcat
  char *strcat(char *restrict s1, const char *restrict s2);

  • 把s2拷贝到s1的后面，接成一个长的字符串
  • 返回s1
  • s1必须具有足够的空间

  strcpy和strcat都可能出现安全问题（目的地没有足够的空间）
  安全版本
  char *strncpy(char *restrict dst, const char *restrict src, size_t n);
char *strncat(char *restrict s1, const char *restrict s2, size_t n);

• strchr
  char *strchr(const char *s, int c); 从左往右找字符
  char *strrchr(const char *s, int c); 从右往左找字符
  找到则返回一个指针，该指针指向那个位置；返回NULL（0）表示没有找到

• strstr
  字符串中找字符串

strchr函数使用示例：

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

int main()
{
	char s[]={"ABCDEFG"};
	char *p1,*p2;
 	p1=strchr(s,'B');   //strchr()用来查找某字符在字符串中首次出现的位置     
  	p2=strchr(s,'D');   
  	printf("%p\n",p1);  // 'B'首次出现的地址 
 	printf("%p\n",p2);  // 'D'首次出现的地址 
  	printf("%s\n",p1);  // 打印字符串数组某字符出现之后的字符串，包括该字符 
  	printf("%s\n",p2);

	return 0;
}

运行结果：
000000000062FE01
000000000062FE03
BCDEFG
DEFG

strchr更多应用可参考：字符串搜索函数strchr用法简介