C語言自學攻略-字元陣列與字串函式操作

基礎觀念

字元陣列 (Character Array)

在C語言中，字串(string)其實是以字元陣列來表示的。在程式中，一個字串通常以 '\0' (ASCII碼為0的字元) 作為結束標記。
例如：

char str[] = "Hello";

編譯器會自動在陣列尾巴加上一個 '\0'，實際記憶體佈局為：

{'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}

上述 str 的型態是 char [6]，含5個可見字元加上1個字串結尾字元。

當然，你也可以照樣宣告字元陣列:

char str[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};

然後我們可以修改 str 內的字元：

str[0] = 'a'; // 允許，變成 "aello"
printf("%s\n", str); // 輸出: aello

字元指標 (char *)

現在若你宣告一個指標指向str：

char *p = str;

此時 p 是 char * 型態。

• p 指向 str[0] 這個字元。
• 在C中，使用字元陣列名稱（如 str）在表達式中會自動轉換為指向起始元素的指標，也就是 char * ，指向 str[0]。

透過 p 你可以使用指標運算來存取字串中的每個字元：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[] = "Hello";
    char *p = str;
    printf("%c\n", *str);     // 輸出 'H'
    printf("%c\n", *p);     // 輸出 'H'
    printf("%c\n", *(p+1)); // 輸出 'e'
    
    printf("%s\n", str);     // 輸出 'Hello'  //直接輸出字元陣列 str（會從 str[0] 開始，直到遇到 '\0' 為止）
    printf("%s\n", p);     // 輸出 'Hello'  //行為與 str 相同
    printf("%s\n", str+1);     // 輸出 'ello'  // str+1 表示從 str[1] 開始，輸出 "ello"
    printf("%s\n", p+2);     // 輸出 'llo'  // p+2 表示從 str[2] 開始，輸出 "llo"
    return 0;
}

• 特別留意，字串結尾的 '\0' 字元讓程式知道字串到此結束。

字串基本操作

C語言中有一些由標準函式庫提供的許多字串操作函式，這些函式定義在 <string.h> 中。

常見的字串函式如下：

1. strlen()
   用於取得字串長度（不含 '\0' 結尾字元）。
   範例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("Length: %zu\n", strlen(str)); // 輸出 5
    return 0;
}

2. strcpy()
   將 src 字串複製到 dest，含結尾的 '\0'。使用者必須確保 dest 有足夠空間。
   範例：

char source[] = "Hello";
char destination[20];
strcpy(destination, source);
// destination 內容變成 "Hello"

3. strcat()

將 src 字串接續在 dest 字串的尾巴。dest 必須有足夠空間，且本身必須是一個有效字串（結尾有 '\0'），strcat 會找到 dest 尾端後開始複製 src。

範例:

char dest[20] = "Hello";
char src[] = " World";
strcat(dest, src);
// dest 內容變成 "Hello World"

4. strcmp()

字串比較，逐字元比較 s1 與 s2 的ASCII碼值，注意，是逐字元作比較。

回傳值：

• • • -1 表示 s1 < s2
    • 0 表示 s1 == s2
    • 1 表示 s1 > s2

範例：

int result = strcmp("apple", "banana"); // a < b => result = -1

strncpy, strncat等加上 'n' 的版本是有長度限制的版本。

1. strncpy()

複製局部的字元陣列。

範例 :

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

int main() {
    // 1. 初始化源字串 src 和目標陣列 dest
    char src[] = "Hello !"; // src 是一個包含字串 "Hello !" 的陣列，實際大小為 8（包含 '\0'）
    char dest[20] = "abcdefghijk"; // dest 是一個長度為 20 的字元陣列，初始值為 "abcdefghijk"

    // 2. 使用 strncpy 將 src 的前 3 個字元複製到 dest 的前 3 個字元，dest 中的其餘部分保持不變
    strncpy(dest, src, 3);
    // src 的前 3 個字元是 "Hel"，所以 dest 的前 3 個字元會被覆蓋成 "Hel"
    // 原來的 dest = "abcdefghijk" 變成了 "Heldefghijk"（"defghijk" 保持不變，因為沒有被覆蓋）
    printf("src: %s\n", src); // 輸出 src: Hello !
    printf("dest: %s\n", dest); // 輸出 dest: Heldefghijk

    // 3. 使用 strncpy 將 src 的前 7 個字元（包含空白字元）複製到 dest 的前 7 個字元
    strncpy(dest, src, 7);
    // src 的前 7 個字元是 "Hello !"（包含空白字元）
    // 這次 dest 的前 7 個字元會被覆蓋為 "Hello !"，其餘未被覆蓋的部分 "hijk" 保持不變
    // 原來的 dest = "Heldefghijk" 變成了 "Hello !hijk"
    printf("src: %s\n", src); // 輸出 src: Hello !
    printf("dest: %s\n", dest); // 輸出 dest: Hello !hijk

    // 4. 使用 strncpy 複製 src 的前 8 個字元到 dest，這超出了 src 的實際長度
    strncpy(dest, src, 8);
    // src 只有 7 個可見字元和 1 個結束符 '\0'，這次複製的 n 是 8
    // 當 n = 8 時，strncpy 會嘗試將 src 的 8 個字元複製到 dest
    // 由於 src 中的第 8 個字元是 '\0'，strncpy 會將它一併複製到 dest
    // 最後 dest 的前 8 個字元變成了 "Hello !\0"，而後續的 "hijk" 仍然存在
    // 但因為 '\0' 是字串的結束符，printf 只會輸出到 '\0' 為止，所以輸出會是 "Hello !"
    printf("src: %s\n", src); // 輸出 src: Hello !
    printf("dest: %s\n", dest); // 輸出 dest: Hello !

    return 0;
}

2. strncat

將 src 字串的前 n 個字元追加到 dest 字串的後面。

範例 :

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

int main() {
    char src[] = " World!";
    char dest[20] = "Hello"; // dest 預先定義為 "Hello"
    
    // 使用 strncat 連接 src 的前 3 個字元到 dest
    strncat(dest, src, 3); // 只將 " Wo" 連接到 dest
    
    printf("src: %s\n", src);
    printf("dest: %s\n", dest);
    
    return 0;
}
/* 輸出
src:  World!
dest: Hello Wo
*/