第6章 字符串

6.1 问题从哪来#

上一章学了数组，能用 int scores[5] 存一组分数。

但学生的数据不只是分数。每个学生还有名字：

Alice   85
Bob     92
Charlie 78

名字不是单个字符，而是一串字符连在一起。char c = 'A' 只能存一个字母，存不下 Alice。

用数组的思路想：Alice 是 5 个字符，排成一排。char name[5] 似乎刚好够用。但事情没那么简单——程序需要知道这串字符在哪里结束。如果数组里有多余的空间，程序怎么区分"有效字符"和"空白垃圾"？

这就是字符串要解决的核心问题。

怎么在 C 语言里表示"一串字符"，并且让程序知道它在哪里结束？

6.2 先看一个例子#

假设要做这件事：

1. 输入一个名字。
2. 和预设的名字比较。
3. 如果一样，打印"Found"。

程序的输入输出大概长这样：

Enter name:
$ Alice
Found: Alice

Enter name:
$ Mallory
Not found

这就是本章要写的程序。

6.3 最小实验#

#include <stdio.h>
#include <string.h>     // strcmp 在这个头文件里

int main(void)
{
    char name[32];                          // 用 char 数组存名字，最多 31 个字符

    printf("Enter name: ");                 // 提示用户输入
    scanf("%31s", name);                    // 读一个单词，限制最多 31 个字符

    if (strcmp(name, "Alice") == 0) {       // strcmp 返回 0 表示两个字符串相同
        printf("Found: %s\n", name);        // 打印找到的名字
    } else {
        printf("Not found\n");              // 名字不匹配
    }

    return 0;
}

这段代码做了三件事：

6.4 编译运行#

保存成 hello.c，编译：

$ gcc hello.c -o hello

运行，输入 Alice：

Enter name:
$ Alice
Found: Alice

再运行，输入 Bob：

Enter name:
$ Bob
Not found

程序做了什么：

1. scanf("%31s", name) 等待键盘输入，输入的字符依次放进 name 数组。
2. strcmp(name, "Alice") 逐字符比较 name 和 "Alice"。
3. 比较结果是 0，说明相同，进入 if 分支，打印"Found"。
4. 如果比较结果不是 0，进入 else 分支，打印"Not found"。

6.5 字符数组：名字在内存里怎么放#

char name[32] 声明了 32 个连续的 char 位置。每个位置占 1 个字节。

输入 Alice 后，内存里是这样的：

前 5 个位置放了 Alice 的 5 个字母。

第 6 个位置（下标 5）放了一个 \0。

scanf 自动在读到的字符串末尾加上 \0。这个字符的 ASCII 值是 0，它不显示任何东西，它只有一个作用：

标记字符串到这里结束。

下标 6 到 31 的位置没有被初始化，里面可能是任意值。程序不会读那些位置，因为遇到 \0 就知道字符串已经结束了。

6.6 \0 为什么是结束标记#

C 语言没有专门的"字符串类型"。它用 char 数组来表示字符串，用 \0 来标记结束。

为什么需要这个标记？

因为数组只是一段连续的内存，程序拿到 name 之后，不知道里面放了几个有效字符。\0 就是一个哨兵：看到它，就知道字符串到此为止。

对比两种方案：

方案 B 的好处是：数组大小可以比实际字符串长，程序靠 \0 知道该读到哪里。char name[32] 放 "Alice" 只用了 6 个字节（5 个字母加 \0），剩下 26 个字节是空闲的，不影响读取。程序从 A 开始逐个读，读到 \0 就停——后面的 ? 不会被读走。

\0 的 ASCII 值是 0，也就是 8 个二进制位全是 0：00000000。它和字符 '0' 不一样——'0' 的 ASCII 值是 48。\0 不会显示任何东西，它只用来标记结束。

没有 \0 会怎样？程序会一直往后读，直到在内存里偶然碰到一个 0 为止。读到的内容完全不可预测——可能是别的变量的值，可能是垃圾数据，也可能程序直接崩溃。

警告：\0 决定了字符串在哪里结束。丢失 \0，程序会继续往后读，读到不可预测的数据，可能直接崩溃。

6.7 scanf 读字符串#

scanf("%31s", name);

几个细节：

%31s 中的 31 是因为 name 的大小是 32。scanf 会在末尾自动加 \0，所以最多只能填 31 个字符。如果用户输入超过 31 个字符，scanf 只读前 31 个。

注意：scanf 使用 %s 读取字符串时，遇到空格就停。输入 Hello World 只会读到 Hello。读一整行（包括空格）需要用 fgets。

还有一个容易忽略的点：C 字符串按字节存放。Alice 这种 ASCII 名字里，一个可见字符通常就是一个字节；中文名字在常见 UTF-8 环境里，一个汉字会占多个字节。char name[32] 的 32 是 32 个字节，不是 32 个汉字。

所以限制输入长度时，程序真正限制的是字节数。这一章里的例子先用英文名字，是为了让数组下标、\0 和宽度限制看得更清楚。

还有一个现象可以留意：%31s 只保证这次最多写入 31 个字符。如果用户输入了更长的一串，后面的字符还留在输入流里，下一次 scanf 可能会继续读到它们。这个问题和数组越界不是一回事；宽度限制保护了数组，但不会自动清空剩下的输入。

6.8 字符串比较：为什么不能用 ==#

如果写：

if (name == "Alice") {    // 错！这样比的不是字符串内容
    printf("found\n");    // 这行通常不会执行（比的是地址，不是内容）
}

这行代码通常能通过编译，但结果不对。在表达式里，name 会转换成指向第一个元素的地址，"Alice" 也会转换成一个地址。== 比的是两个地址是否相同，不是两个字符串的内容是否一样。

C 语言用 strcmp 来比较字符串内容：

#include <string.h>                        // 引入字符串处理函数

int result = strcmp("Alice", "Bob");       // 比较两个字符串，返回比较结果

strcmp 是逐字符比较的。它从两个字符串的第一个字符开始，一个一个往后比，直到遇到不同的字符或者 \0。

比较 "Alice" 和 "Alice"：

比较 "Alice" 和 "Bob"：

第一个字符就不一样了，strcmp 直接返回结果，不再往后比。

警告：比较字符串永远用 strcmp，不要用 ==。这是初学者最常犯的错误之一。

6.9 printf 打印字符串#

printf("Found: %s\n", name);  // %s 从 name 读到 \0 为止，打印所有字符

%s 告诉 printf：从对应的参数那里读一个字符串，一直读到 \0 为止，把读到的字符全部打印出来。

char name[32] = "Alice";
printf("%s\n", name);          // 打印 Alice
printf("%.3s\n", name);        // 打印 Ali（只打印前 3 个字符）
printf("%10s\n", name);        // 左边补 5 个空格，再打印 Alice
printf("%-10s!\n", name);      // 打印 Alice，右边补 5 个空格，再打印 !

%10s 会在左边补空格，让输出总宽度达到 10 个字符。%-10s 则是左对齐，右边补空格。打印表格时这些格式控制很有用。

6.10 几个常用的字符串函数#

C 语言标准库提供了一些处理字符串的函数，都在 <string.h> 里。

strlen：字符串长度#

char name[] = "Alice";
int len = strlen(name);     // len 是 5，不包含 \0

strlen 从第一个字符开始数，一直数到 \0 为止。返回的长度不包含 \0。

char name[32] = "Alice";
printf("Length: %zu\n", strlen(name));    // 打印 5
printf("Array size: %zu\n", sizeof(name)); // 打印 32

strlen 和 sizeof 不一样。strlen 数有效字符的个数，sizeof 看数组占多少字节。

snprintf：复制字符串#

char src[] = "Hello";
char dst[32];
snprintf(dst, sizeof(dst), "%s", src);   // 把 src 的内容复制到 dst
printf("%s\n", dst);        // 打印 Hello

不能用赋值运算符直接复制字符串：

char a[32] = "Hello";
char b[32];
b = a;                      // 错！数组不能整体赋值

要把内容复制过去，可以这样写：

char a[32] = "Hello";
char b[32];
snprintf(b, sizeof(b), "%s", a);         // 对：复制时带上目标大小
printf("%s\n", b);                       // 打印 Hello

注意：复制字符串时要知道目标数组的大小。snprintf 的第二个参数写目标数组大小，可以避免写出数组边界。

补充：拼接字符串#

字符串除了读入、比较、复制，还经常需要把一段内容接到另一段后面。下面这段代码把 "World!" 接到 "Hello, " 后面：

char greeting[64] = "Hello, ";
int used = strlen(greeting);
snprintf(greeting + used, sizeof(greeting) - used, "%s", "World!");
printf("%s\n", greeting);    // 打印 Hello, World!

greeting + used 指向原字符串结尾的 \0 位置，新的内容从这里接上去。sizeof(greeting) - used 是剩余空间大小，snprintf 会按这个大小写入，避免越界。

6.11 字符串初始化的几种写法#

// 写法 1：声明之后逐字符赋值
char name1[32];
name1[0] = 'A';
name1[1] = 'l';
name1[2] = 'i';
name1[3] = 'c';
name1[4] = 'e';
name1[5] = '\0';       // 别忘了 \0

// 写法 2：用字符串字面量初始化
char name2[32] = "Alice";  // 编译器自动加 \0

// 写法 3：让编译器自动算大小
char name3[] = "Alice";    // 编译器算出需要 6 个字节（5 个字符 + \0）

写法 2 和写法 3 最常用。写法 3 让编译器自己决定数组大小，省去了手动数字符的麻烦。

注意：char name[] = "Alice" 的大小是 6，不是 5。\0 占一个字节。

6.12 小练习：输入多个名字，查找某个名字#

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

int main(void)
{
    char names[5][32];     // 5 个名字，每个最多 31 个字符
    int count = 0;         // 已输入的名字数量

    printf("Enter 5 names:\n");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d: ", i + 1);
        scanf("%31s", names[i]);       // names[i] 是第 i 个名字
        count++;
    }

    char target[32];                   // 要查找的名字
    printf("\nFind who? ");
    scanf("%31s", target);

    int found = 0;
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        if (strcmp(names[i], target) == 0) {   // 逐个比较
            printf("Found at position %d\n", i + 1);
            found = 1;
            break;                              // 找到就不用继续了
        }
    }

    if (!found) {
        printf("%s not found\n", target);
    }

    return 0;
}

运行示例：

Enter 5 names:
1:
$ Alice
2:
$ Bob
3:
$ Charlie
4:
$ Dave
5:
$ Eve

Find who?
$ Charlie
Found at position 3

这段代码用了二维数组 char names[5][32]。可以把它想成 5 行、每行 32 个格子的表格，每一行存一个名字：

每一行都是一个独立的字符串，各自有自己的 \0。

如果再给每个名字配一个学号和分数，写法会变成几组数组一起使用：names[i] 保存第 i 个学生的名字，ids[i] 保存同一个学生的学号，scores[i] 保存同一个学生的分数。只要下标同步，数据就能对上；一旦下标不同步，名字和分数就会错位。

6.13 常见坑#

坑 1：忘记 \0。

char name[5];
name[0] = 'A';
name[1] = 'l';
name[2] = 'i';
name[3] = 'c';
name[4] = 'e';       // 没有 \0！
printf("%s\n", name);  // 打印完 Alice 之后继续读内存，结果不可预测

手动填字符时，一定要留一个位置给 \0。char name[5] 最多只能放 4 个可见字符加 1 个 \0。

坑 2：数组太小，放不下字符串。

char name[3];          // 只有 3 个字节
scanf("%2s", name);    // 最多读 2 个可见字符，留 1 个位置给 \0

如果没有宽度限制，输入 Alice 时需要 6 个字节（5 个字符加 \0），但 name 只有 3 个字节。多出来的字节会覆盖相邻的内存，程序可能崩溃，也可能产生奇怪的 bug。这叫缓冲区溢出。

用 %31s 这样的宽度限制可以防止这个问题。

坑 3：用 == 比较字符串。

char name[32] = "Alice";
if (name == "Alice") {       // 永远不要这样写
    printf("found\n");
}

== 比的是地址，不是内容。在这个表达式里，name 会转换成首元素地址，"Alice" 也会转换成一个地址。两个地址不同，条件为假。用 strcmp。

坑 4：scanf 忘了宽度限制。

char name[32];
scanf("%s", name);           // 危险！没有宽度限制，可能溢出
scanf("%31s", name);         // 正确：限制读入长度，最多读 31 个可见字符

如果不限制宽度，用户输入超过 32 个字符时会覆盖相邻内存。

坑 5：strcmp 的返回值搞混。

char name[32] = "Bob";
if (strcmp(name, "Alice") == 1) {    // 错！1 不表示两个字符串相等
    printf("same\n");
}

strcmp 返回 0 表示相等。正数只表示第一个字符串排在后面，负数只表示第一个字符串排在前面。具体是 1、2 还是别的正数，不应该写进判断条件里。

6.14 自己试试看#

Q1：修改程序，让它打印"输入了 N 个名字"。

在输入循环结束后，用 count 变量打印。

Q2：把名字数量从 5 改成 3，运行看看。

Q3：输入两个相同的名字（比如两次都输入 Alice），然后查找 Alice。

程序会找到第几个？为什么？

Q4：输入 alice（小写开头），查找 Alice（大写开头）。

strcmp 认为它们相同吗？为什么？

提示：a 的 ASCII 值是 97，A 是 65。strcmp 严格区分大小写。

Q5：写一个程序，输入 5 个名字，找出按字典序排在最前面的那个。

提示：strcmp(a, b) 返回负数时，a 排在 b 前面。每轮循环记住当前最小的那个名字。

Q6：写一个程序，输入一个名字，打印它的长度。

用 strlen 函数。输入 Alice，应该打印 5。

Q7：下面这段代码有什么问题？

char name[5] = "Hello";   // 只有 5 字节，放不下 \0（需要 6 字节）
printf("%s\n", name);     // 打印时找不到 \0，会读到越界数据

提示："Hello" 有 5 个字符，加上 \0 需要 6 个字节。数组只有 5 个字节，放不下 \0。

下一章的问题#

现在已经知道：

• 字符串是 char 数组，末尾有 \0。
• 用 strcmp 比较，用 scanf 读入，用 printf 打印。

但名字、学号、分数分开放在几个数组里，处理起来容易乱：

这三个数组的下标要保持同步。改了一个，忘了另一个，数据就对不上了。

有没有办法把"一个学生的全部信息"打包在一起？

这些字段属于同一个学生，应该放进同一条记录里。结构体就是把不同类型字段打包成一条记录的工具。

阶段项目#

前 6 章的能力已经够做一个整合练习了：阶段项目 1：成绩统计器。它把变量、判断循环、函数、数组和字符串合到一个能跑的程序里——录入学生姓名和成绩，统计最高/最低/平均/及格人数，还能按姓名查找。