Question

字符数组中的所有元素都具有字符类型，而字符串也是由字符构成的一个序列。因此，我们可以将一个字符串保存到字符数组中。但在将字符串保存到数组之前，需要对 C 语言中的字符串有更深入的了解。

1．字符串

虽然 C 语言中没有字符串这种数据类型，但字符串在程序中的使用极为普遍，从本书的第一个例子起，我们就一直在与字符串打交道。

之前，我们介绍字符串就是用双引号括起来的一段字符序列。现在要告诉大家的是，字符串还有一个重要的特征：字符串必须以空字符作为结尾。所谓空字符，就是 ASCII 码值为 0 的字符，用转义字符'\0'表示。即使是字符串常量，也会隐含地拥有这个空字符。例如：

"abc"

这是一个字符串常量，虽然字符串看起来只有 a、b、c 3 个字符，但其实在最后一个字符 c 的后面还隐含着一个空字符，即这个字符串是由 4 个字符构成的，即字符 a、字符 b、字符 c 以及空字符，它的大小为 4 字节，如图 5.6 所示。

图 5.6　字符串"abc"所占用的内存

所以，字符串的更准确的定义应该是：以空字符作为结尾的一段字符序列。只不过用双引号括起来的是字符串常量，它会在结尾位置隐含地包含一个空字符，我们看不到而已。

即便是空字符串，它同样也拥有空字符：

""  //空字符串，只有一个空字符

所以，只包含一个空字符的字符串，就是空字符串了，即空字符串的大小是 1 字节。

现在大家应该能明白，printf 函数为什么能够以“%s”的格式来打印字符串了，其实道理很简单，它会一个一个地打印字符串中的字符，直到遇见空字符时停止。

知道了字符串的特点后，现在就可以考虑字符串的存储问题了。由于字符串常量不可修改的原因，因此，在 C 语言中，通常都会将一个字符串存储在字符数组中，以方便对字符串的处理。C 语言中，若要将字符串存储到字符数组中，可以有很多种方式，下面就介绍最常用的几种。

2．字符式存储

所谓字符式存储，就是将字符串“以字符为单位”的形式保存到字符数组中。

例如，我们要将字符串"abc"保存到字符数组中，可以用下面的方法：

char str[4] = {'a', 'b', 'c', '\0'};

定义一个长度为 4 的字符数组 str，并对其进行初始化，将字符串中的所有字符（包括空字符）都初始化给数组元素。

这里要特别注意的是，要确保数组足够容纳得下字符串（3 个普通字符和 1 个空字符），所以字符数组在定义时，它的长度不可小于 4（大于 4 是没问题的）。

鉴于空字符的 ASCII 码值为 0，我们也可以采取数组的部分初始化的方式：

char str[4] = {'a', 'b', 'c'};

初始值列表中只有 3 个初始值，编译器会将数组的前 3 个数组元素初始化为对应的初始值，而将第 4 个数组元素初始化为 0，这样，就隐含地达到将第 4 个数组元素初始化为空字符的目的了。

当然啦，如果不嫌麻烦，我们还可以采用对数组元素赋值的方式，将字符串保存到字符数组中：

3．字符串式存储

此时，大家可能会想，用字符式存储的方法来存储字符串比较麻烦，有没有更简单的方法呢？答案是肯定的。C 语言中，允许用字符串常量替代初始值列表，来进行字符数组的初始化。这种以字符串常量来进行字符数组初始化的方式称为“字符串式存储”，例如：

char str[4] = "abc";

用字符串常量“"abc"”替代了原来的初始值列表，它的初始化效果与使用字符式存储一样，编译器同样会将 4 个数组元素分别初始化值为字母 a、b、c 以及空字符。

在进行字符串式存储时，我们也经常采用空中括号的数组定义方式，即：

char str[] = "abc";

编译器会根据字符串常量的大小来确定数组的长度。这样赋值的好处是不用再担心数组的长度不够，容纳不下所有字符的问题，编译器总会给出一个合适的大小。

可见，使用字符串式存储比字符式存储方便得多。

但是，需要大家注意的是，字符串式存储只能用于字符数组的初始化，而不能用于赋值。毕竟 C 语言中是不允许对数组赋值的，只能对数组元素赋值。例如：

char str[4];  //定义长度为 4 的字符数组
str = "abc";  //错误！不可对数组进行赋值

4．字符串的输入／输出

字符式存储和字符串式存储有一个共同特点：必须在程序编译前就确定好。但有些时候，我们需要在程序的运行过程中来获取用户所输入的字符串，显然，之前的方式都不适用了。对于这种情况，我们还得依靠库函数。

【 例 5-2 】编写程序，能够获取用户输入的字符串，并保存至字符数组中，最后打印出字符数组中的字符串。

对于获取输入问题，首先想到的应该是 scanf 函数，它是我们的老朋友了，在之前的案例中，我们已经多次使用它来获取用户所输入的基本类型数据。其实它不光可以获取基本类型数据，对于字符串，它也可以胜任。

不过，想要获取用户输入的字符串，有一个比较令人头疼的问题：我们需要定义一个长度为多少的字符数组呢？也就是程序运行后，用户所输入的字符串到底有多大，现在是无法确定的。数组定义得小，会容纳不下字符串；数组定义得大，会造成内存的浪费。这个问题我们现在是无法完美解决的，就将它留到动态内存管理那一章吧。

现在怎么办呢？“两害相权取其轻”，数组容纳不下字符串，这太让人尴尬了，那我们就宁肯浪费内存，将数组定义得大一些，确保足够容纳用户输入的字符串：

char buf[1024];  //长度为 1024 的字符数组

这里定义了一个长度为 1024 的字符数组 buf，除去字符串结尾标记的那个空字符，还剩余 1023 个字符的位置，也就是说，只要用户所输入的字符个数不超过 1023，就没问题。

下面可以使用 scanf 函数获取用户输入的字符串：

scanf("%s", buf);

在 scanf 函数的格式化字符串中使用了“%s”，它表示以字符串的格式进行读取。此时，有些细心的读者可能会说：“我发现了一个错误，在参数 buf 前面少了个“&”符号”。是的，在之前所使用的 scanf 函数中，都会在格式化字符串之后的所有参数前面加上“&”符号。但这里却不用，为什么呢？因为 buf 表示的是一个数组，而不是一个变量，如果参数是一个变量则必须在前面加上“&”，而 buf 表示数组，更严格讲，是数组所占用的内存位置，也就是第 6 章会讲到的指针，所以它的前面不需要“&”。

一旦字符数组被存入一个字符串之后，我们就可以像字符串常量一样，使用 printf 函数将它打印到控制台窗口：

printf("%s\n", buf);

同样地，“%s”表示以字符串的格式进行打印，后面的 buf 就是包含字符串的字符数组的名字。该 printf 函数调用语句的功能就是将字符数组 buf 中的内容，按照字符串的格式打印输出。

下面来编写代码并测试，代码如下：

编译并运行程序后，会在窗口上打印一条信息，提示用户输入字符串，然后光标闪烁，等待着用户的输入，如果用户通过键盘输入“Apple”并按回车键，程序会通过 scanf 函数将字符串“Apple”读取并保存到字符数组 buf 中，最后再通过 printf 函数将字符数组 buf 中的字符串打印输出到窗口。整个程序的运行结果如下：

Please enter a string:
Apple
String content:
Apple

需要注意的是，scanf 函数有一个特别之处，就是它在读取数据时，遇到空格字符就会停止。这会导致什么情况呢？

假如我们再次运行该程序，而这次输入的字符串为“Red apple”，运行的结果如下：

Please enter a string:
Red apple
String content:
Red

从结果的最后一行可见，字符数组中存储的字符串并非用户所输入的“Red apple”，而只有“Red”。这是因为 scanf 函数在读取数据时，遇到了“Red”后面的空格而令读取停止，所以最终只将“Red”读取并保存到数组中。也就是说，对于中间含有空白字符的字符串来说，使用 scanf 函数来读取就不行，我们得“另寻他径”。

在“stdio.h”头文件中，还有两个函数是专门用于字符串的输入输出的，它们就是 gets 和 puts。

这两个函数使用起来非常简单，将字符数组作为参数就可以了。gets 可以将用户所输入的一行字符作为字符串读取进来，并保存到字符数组中。所谓一行字符就是以换行字符作为结尾的字符序列，换行字符也是一个转义字符，用'\n'表示，用户按回车键后会产生一个换行字符。需要注意的是，gets 只是遇见换行字符时就结束读取，并不会将换行字符保存到字符数组中。下面将代码中的 scanf 函数换成 gets 函数：

gets(buf);

puts 函数可以将字符数组中的字符串打印输出到控制台窗口中，下面就将代码中的最后一个 printf 函数换成 puts 函数：

puts(buf);

需要注意的是，puts 函数在打印输出字符数组中的字符串后，还会自动加上一个换行字符。

替换之后，代码如下：

现在重新编译运行该程序，结果如下：

Please enter a string:
Red apple
String content:
Red apple

可见，即使输入的字符串包含空格字符，gets 仍能将其读取并保存至字符数组中，最后通过 puts 将完整的字符串打印输出。这里要注意的是，puts 函数不仅可以输出字符数组中的字符串，对字符常量来说也是可以的，上面代码中所有的 printf 函数都可以替换成 puts 函数。不过，对于原 printf 函数中的常量字符串来说，最后的那个'\n'可以省略。

另外，gets 函数现在已经被列为“不建议使用的函数”，这主要是出于安全性方面的考虑，由于 gets 函数缺乏关于字符数组长度的信息，因此，当面对一个比较长的字符串时，在保存至数组的过程中，可能会产生数组越界访问的问题。不过，只要我们谨慎对待、小心处理，还是能避免的。毕竟使用 gets 函数获取用户输入的字符串是最简单便捷的方式。

5．字符串的长度

对于字符串，它除了有大小之外，还有长度的概念。不少人对这两者混淆不清，现在来介绍一下。

字符串的大小指的是字符串所占用内存的字节数，而字符串的长度则是指字符串中有效字符的个数。所谓有效字符，就是除去作为结尾标记的空字符以外的字符。

对于字符串“"abc"”来说，它的大小为 4 字节，而它的长度为 3。如果一个字符串中全是英文字符（有对应 ASCII 码的字符），那么它的大小就是长度加 1。所以，要将一个英文字符串存储到字符数组中，这个数组的长度至少应该等于该字符串的大小，或是字符串的长度加 1。

在 C 标准库中，关于字符串处理的库函数，其中就有获取字符串长度的函数。这个函数的名字是 strlen。要使用它，需要包含“string.h”这个头文件。例如：

printf("%u\n", strlen("abc"));

使用 strlen 函数获取字符串常量"abc"的长度，由于字符串的长度不可能为负数，所以 strlen 函数的返回值是一个无符号的整数类型，因此，在 printf 函数的格式化字符串中使用了“%u”的格式来进行打印输出。

下面来测试一下，程序的代码很简单：

程序运行的结果为：

3

在第 6 章指针中，还将继续介绍字符串，并且介绍更多关于字符串处理的库函数。