C 语言字符串函数要注意的关键点
2023-02-037.8k 阅读
字符串基础概念回顾
在深入探讨 C 语言字符串函数的关键点之前，我们先来回顾一下字符串在 C 语言中的基本概念。在 C 语言中，字符串实际上是以空字符 '\0' 结尾的字符数组。例如：
char str1[] = "Hello";
// 等价于
char str2[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
这里 str1 和 str2 定义了两个相同的字符串，'\0' 起到了标识字符串结束的作用。这个空字符虽然不显示，但对于字符串的处理至关重要，许多字符串函数都依赖它来确定字符串的边界。
常用字符串函数及其关键点
strlen 函数
strlen 函数用于计算字符串的长度，不包括字符串末尾的空字符 '\0'。其函数原型为：
size_t strlen(const char *str);
下面是一个简单的使用示例：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str[] = "Hello, World!";
size_t len = strlen(str);
printf("字符串长度为: %zu\n", len);
return 0;
}
关键点：
- 空字符的影响：
strlen从传入的字符串指针开始，逐个检查字符，直到遇到'\0'为止。所以如果字符串没有正确以'\0'结尾，strlen会继续访问内存，直到遇到一个值为0的字节，这可能导致未定义行为，例如访问越界。
// 错误示例，字符串未以 '\0' 结尾
char badStr[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
size_t badLen = strlen(badStr); // 未定义行为
- 返回类型：
strlen的返回类型是size_t，这是一个无符号整数类型。在进行比较或者运算时，需要注意与有符号整数类型的混合使用，否则可能会出现意想不到的结果。例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str1[] = "short";
char str2[] = "very very long string";
if (strlen(str1) - strlen(str2) > 0) {
printf("str1 更长\n");
} else {
printf("str2 更长\n");
}
return 0;
}
在这个例子中，strlen(str1) - strlen(str2) 的结果是一个无符号整数，由于 str2 更长，相减结果为负数，但在无符号整数运算中，这个负数会被转换为一个很大的正数，导致条件判断结果与预期不符。
strcpy 函数
strcpy 函数用于将一个字符串复制到另一个字符串中。其函数原型为：
char *strcpy(char *dest, const char *src);
示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char src[] = "Hello";
char dest[20];
strcpy(dest, src);
printf("复制后的字符串: %s\n", dest);
return 0;
}
关键点：
- 目标缓冲区大小：
strcpy不会检查目标缓冲区是否足够大来容纳源字符串。如果目标缓冲区过小，会导致缓冲区溢出，这是一个严重的安全漏洞。例如：
// 错误示例，目标缓冲区过小
char smallDest[5];
char largeSrc[] = "This is a long string";
strcpy(smallDest, largeSrc); // 缓冲区溢出
- 源字符串必须以
'\0'结尾：strcpy会从源字符串的起始位置开始复制字符，直到遇到'\0'。如果源字符串没有正确以'\0'结尾，strcpy会一直复制，直到在内存中遇到'\0'，这同样会导致未定义行为。 - 返回值：
strcpy返回目标字符串的指针dest，这使得可以进行链式调用。例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str1[20];
char str2[] = "Hello";
char str3[] = ", World!";
char *result = strcpy(strcpy(str1, str2), str3);
printf("最终结果: %s\n", result);
return 0;
}
在这个例子中，先将 str2 复制到 str1，然后再将 str3 复制到 str1 中 str2 之后的位置，实现了字符串的拼接。
strncpy 函数
为了避免 strcpy 可能出现的缓冲区溢出问题，strncpy 函数被引入。其函数原型为：
char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);
strncpy 最多从源字符串 src 中复制 n 个字符到目标字符串 dest 中。示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char src[] = "Hello, World!";
char dest[10];
strncpy(dest, src, sizeof(dest));
dest[sizeof(dest) - 1] = '\0'; // 手动添加 '\0'
printf("复制后的字符串: %s\n", dest);
return 0;
}
关键点：
- 复制长度：
strncpy不会自动在目标字符串末尾添加'\0'，除非源字符串的长度小于n。如果源字符串长度大于或等于n，目标字符串将不会以'\0'结尾，这可能导致后续处理字符串的函数出现错误。所以在使用strncpy后，通常需要手动在目标字符串末尾添加'\0'，如上述示例代码所示。 - 填充字符：如果源字符串长度小于
n，strncpy会用'\0'填充目标字符串，直到复制了n个字符。例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char src[] = "Hi";
char dest[10];
strncpy(dest, src, sizeof(dest));
for (int i = 0; i < sizeof(dest); i++) {
printf("%d ", dest[i]);
}
return 0;
}
在这个例子中，src 长度为 2，而 dest 大小为 10，strncpy 复制完 Hi 后，会用 '\0' 填充剩余的 8 个位置。
strcat 函数
strcat 函数用于将一个字符串追加到另一个字符串的末尾。其函数原型为：
char *strcat(char *dest, const char *src);
示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char dest[20] = "Hello";
char src[] = ", World!";
strcat(dest, src);
printf("拼接后的字符串: %s\n", dest);
return 0;
}
关键点：
- 目标缓冲区大小：
strcat同样不会检查目标缓冲区是否有足够的空间来容纳源字符串。如果目标缓冲区空间不足，会导致缓冲区溢出。例如：
// 错误示例，目标缓冲区空间不足
char smallDest[10] = "Hello";
char largeSrc[] = ", this is a very long addition";
strcat(smallDest, largeSrc); // 缓冲区溢出
- 目标字符串必须以
'\0'结尾：strcat首先会找到目标字符串的'\0'位置，然后从这个位置开始将源字符串复制过来。如果目标字符串不以'\0'结尾，strcat会在内存中错误的位置开始复制，导致未定义行为。 - 返回值：
strcat返回目标字符串的指针dest，这也支持链式调用。例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str1[30] = "Hello";
char str2[] = ", ";
char str3[] = "World!";
char *result = strcat(strcat(str1, str2), str3);
printf("最终结果: %s\n", result);
return 0;
}
strncat 函数
类似于 strncpy 对 strcpy 的改进，strncat 用于安全地追加字符串。其函数原型为：
char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);
strncat 最多从源字符串 src 中追加 n 个字符到目标字符串 dest 的末尾。示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char dest[20] = "Hello";
char src[] = ", World!";
strncat(dest, src, sizeof(dest) - strlen(dest) - 1);
printf("拼接后的字符串: %s\n", dest);
return 0;
}
关键点：
- 追加长度：
strncat最多追加n个字符，或者直到遇到源字符串的'\0'，以先发生者为准。追加完成后，目标字符串会以'\0'结尾，不需要手动添加。 - 目标缓冲区大小计算：在使用
strncat时，需要确保目标缓冲区有足够的空间来容纳追加的字符。通常可以通过sizeof(dest) - strlen(dest) - 1来计算剩余可用空间，其中1是为了给'\0'保留位置。例如上述示例代码中，通过这种方式来避免缓冲区溢出。
strcmp 函数
strcmp 函数用于比较两个字符串。其函数原型为：
int strcmp(const char *str1, const char *str2);
它会逐个比较两个字符串的字符，直到遇到不同的字符或者到达某个字符串的末尾。示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str1[] = "Hello";
char str2[] = "Hello";
char str3[] = "World";
int result1 = strcmp(str1, str2);
int result2 = strcmp(str1, str3);
if (result1 == 0) {
printf("str1 和 str2 相等\n");
}
if (result2 < 0) {
printf("str1 小于 str3\n");
} else if (result2 > 0) {
printf("str1 大于 str3\n");
}
return 0;
}
关键点：
- 比较规则：如果两个字符串完全相同，
strcmp返回0；如果str1小于str2（按字典序），返回一个小于0的值；如果str1大于str2，返回一个大于0的值。比较是基于字符的 ASCII 码值。 - 空字符的作用：比较过程中遇到
'\0'时，如果两个字符串在'\0'之前的字符都相同，那么较短的字符串被认为小于较长的字符串。例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str1[] = "Hello";
char str2[] = "Hello, World!";
int result = strcmp(str1, str2);
if (result < 0) {
printf("str1 小于 str2\n");
}
return 0;
}
在这个例子中，str1 较短，遇到 '\0' 后，比较结束，str1 被认为小于 str2。
strncmp 函数
strncmp 函数用于比较两个字符串的前 n 个字符。其函数原型为：
int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t n);
示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str1[] = "Hello, World!";
char str2[] = "Hello, Universe!";
int result = strncmp(str1, str2, 7);
if (result == 0) {
printf("前 7 个字符相同\n");
}
return 0;
}
关键点：
- 比较长度：
strncmp只比较两个字符串的前n个字符，而不是整个字符串。如果在比较完n个字符之前两个字符串就已经不同，那么根据不同字符的 ASCII 码值返回相应的比较结果。 - 字符串长度小于
n的情况：如果某个字符串的长度小于n，则只比较到该字符串的'\0'为止。例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str1[] = "Hello";
char str2[] = "Hello, World!";
int result = strncmp(str1, str2, 10);
if (result < 0) {
printf("str1 小于 str2\n");
}
return 0;
}
在这个例子中，str1 长度小于 10，比较到 str1 的 '\0' 后，str1 被认为小于 str2。
strstr 函数
strstr 函数用于在一个字符串中查找另一个字符串第一次出现的位置。其函数原型为：
char *strstr(const char *haystack, const char *needle);
示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char haystack[] = "Hello, World! This is a test.";
char needle[] = "World";
char *result = strstr(haystack, needle);
if (result!= NULL) {
printf("找到了子字符串，位置: %ld\n", result - haystack);
} else {
printf("未找到子字符串\n");
}
return 0;
}
关键点：
- 查找逻辑：
strstr从haystack的起始位置开始，逐个字符匹配needle。如果找到完全匹配的子字符串，则返回指向该子字符串在haystack中起始位置的指针；如果未找到，则返回NULL。 - 空字符串情况：如果
needle是一个空字符串，strstr会返回haystack的指针，因为空字符串被认为存在于任何字符串的起始位置。
strtok 函数
strtok 函数用于将字符串分割成一个个标记（token）。其函数原型为：
char *strtok(char *str, const char *delim);
示例代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str[] = "Hello,World;This is a test";
char *token = strtok(str, ",; ");
while (token!= NULL) {
printf("标记: %s\n", token);
token = strtok(NULL, ",; ");
}
return 0;
}
关键点：
- 分割逻辑：
strtok会在str中查找由delim中的字符分隔的标记。第一次调用时，传入要分割的字符串str；后续调用时，为了继续从上次分割的位置往后分割，需要传入NULL。strtok会修改原始字符串，将分隔符替换为'\0'。 - 保存状态：
strtok内部使用了静态变量来保存分割的状态，这意味着它不是线程安全的。在多线程环境下使用strtok可能会导致数据竞争问题。如果需要在多线程环境中进行字符串分割，可以考虑使用strtok_r函数，它允许通过用户提供的缓冲区来保存状态。
总结与实践建议
通过对上述常见 C 语言字符串函数的关键点分析，我们可以看到在使用这些函数时，需要特别注意缓冲区溢出、字符串是否以 '\0' 结尾以及函数返回值的正确处理等问题。在实际编程中，为了提高代码的安全性和可靠性，建议尽量使用更安全的函数变体，如 strncpy、strncat 等，并在使用前仔细检查缓冲区大小。同时，对于字符串的操作要养成良好的习惯，确保字符串的完整性和正确性，避免出现未定义行为。通过不断的实践和经验积累，能够更加熟练和准确地使用 C 语言字符串函数，编写出高质量的代码。
希望本文对您理解 C 语言字符串函数的关键点有所帮助，祝您在 C 语言编程中取得更好的成果。
以上内容围绕 C 语言字符串函数展开，详细阐述了各函数的关键点并辅以代码示例，通过对这些内容的学习，相信能让开发者在使用字符串函数时更加得心应手，编写出健壮的代码。同时，建议开发者在实际项目中不断实践，加深对这些知识的理解和运用。