C语言进阶教程之字符串&内存函数

字符串

字符串的定义

在C语言中，字符串是由一串字符组成的数组。数组中的元素都是字符类型，每一个字符都是占1个字节的ASCII码。字符串以'\0'结尾，'\0'称为空字符（null character），也就是字符串的结束标志。

下面是一个包含字符串的数组的定义：

char str[] = "Hello World!";

这个字符串由12个可见字符和一个隐藏的空字符('\0')组成，所以它的长度为13个字节。

字符串的读取

gets函数

在C语言中，可以通过调用gets()函数从标准输入中读取一个字符串，它的原型如下：

char *gets(char *s);

示例代码如下：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[50];

    printf("Enter a string: ");
    gets(str);

    printf("You entered: %s\n", str);

    return 0;
}

在运行时，会让用户输入一个字符串，然后将输入的字符串赋值给str，最后打印输入的字符串。

fgets函数

gets()函数已经被弃用，因为它存在安全问题，也就是它读取的字符串长度必须小于缓冲区长度，否则会发生缓冲区溢出。为了解决这个问题，C语言还提供了一个更安全的函数fgets()。

fgets()函数可以读取指定长度的字符串，因此比gets()函数更安全。它的原型如下：

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

其中，size表示允许读取的最大字节数，stream表示输入的数据流。如果读取成功，fgets()函数返回所读取的字符串，如果出现错误或者到达文件结尾，返回NULL。

示例代码如下：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[50];

    printf("Enter a string: ");
    fgets(str, 50, stdin);

    printf("You entered: %s\n", str);

    return 0;
}

在运行时，它会让用户输入一个长度小于50字节的字符串，并将输入的字符串赋值给str，最后打印输入的字符串。

字符串的拼接

在C语言中，可以通过调用strcat()函数将两个字符串拼接在一起，它的原型如下：

char *strcat(char *dest, const char *src);

其中，dest表示拼接后的目标字符串，src表示需要拼接的源字符串。需要注意的是，dest字符串必须有足够的空间容纳src字符串，否则会发生缓冲区溢出。

示例代码如下：

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

int main() {
    char str1[20] = "Hello ";
    char str2[] = "World!";

    strcat(str1, str2);

    printf("The concatenated string is: %s\n", str1);

    return 0;
}

在运行时，它会将str2拼接到str1的末尾，最后打印拼接完成的字符串。

内存函数

内存函数的定义

在C语言中，有一些内存函数可以用来操作内存中的数据。这些函数通常被用来动态分配内存、释放内存、复制内存等。

内存分配函数

malloc函数

malloc()函数可以动态分配内存空间，它的原型如下：

void *malloc(size_t size);

其中，size表示需要分配的字节数，返回分配到的内存空间的起始地址。如果分配失败，则返回NULL。

示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
   int *ptr;
   int n = 5;

   ptr = (int*)malloc(n * sizeof(int));

   if (ptr == NULL) {
      printf("Memory allocation failed!\n");
      exit(0);
   }

   for (int i = 0; i < n; i++) {
      ptr[i] = i + 1;
   }

   printf("The elements of the array are: ");

   for (int i = 0; i < n; i++) {
      printf("%d ", ptr[i]);
   }

   free(ptr);

   return 0;
}

在运行时，它会分配5个整型变量大小的内存空间，然后将其中的值进行打印，并最后释放内存空间。

calloc函数

calloc()函数与malloc()函数类似，它也可以用来动态分配内存空间，不同之处在于calloc()在分配内存时会将内存空间初始化为0，而malloc()函数不会。它的原型如下：

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

其中，nmemb表示需要分配的元素个数，size表示每个元素的大小，返回分配到的内存空间的起始地址。如果分配失败，则返回NULL。

示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
   int *ptr;
   int n = 5;

   ptr = (int*)calloc(n, sizeof(int));

   if (ptr == NULL) {
      printf("Memory allocation failed!\n");
      exit(0);
   }

   for (int i = 0; i < n; i++) {
      printf("%d ", ptr[i]);
   }

   free(ptr);

   return 0;
}

在运行时，它会初始化5个整型变量大小的内存空间，然后将其中的值进行打印，并最后释放内存空间。

realloc函数

realloc()函数可以用来重新分配内存空间，它的原型如下：

void *realloc(void *ptr, size_t size);

其中，ptr表示需要重新分配内存空间的指针，size表示需要分配的新的内存空间大小。如果分配成功，则返回新的内存空间地址，否则返回NULL。需要注意的是，如果ptr为NULL，则等价于调用malloc()函数。

示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *ptr;
    int n1 = 5, n2 = 10;

    ptr = (int*)malloc(n1 * sizeof(int));

    if (ptr == NULL) {
        printf("Memory allocation failed!\n");
        exit(0);
    }

    for (int i = 0; i < n1; i++) {
        ptr[i] = i + 1;
    }

    ptr = realloc(ptr, n2 * sizeof(int));

    if (ptr == NULL) {
        printf("Memory allocation failed!\n");
        exit(0);
    }

    for (int i = n1; i < n2; i++) {
        ptr[i] = i + 1;
    }

    printf("The elements of the array are: ");

    for (int i = 0; i < n2; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }

    free(ptr);

    return 0;
}

在运行时，它会分配5个整型变量大小的内存空间，并将其中的值进行打印。接着，它通过调用realloc()函数重新将内存大小重新分配为10个整型变量大小，然后将其中的值进行打印，并最后释放内存空间。

内存释放函数

free函数

free()函数可以用来释放由malloc()、calloc()、realloc()函数动态分配的内存空间。它的原型如下：

void free(void *ptr);

其中，ptr表示需要释放的内存空间地址。

示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *ptr;
    int n = 5;

    ptr = (int*)malloc(n * sizeof(int));

    if (ptr == NULL) {
        printf("Memory allocation failed!\n");
        exit(0);
    }

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        ptr[i] = i + 1;
    }

    printf("The elements of the array are: ");

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }

    free(ptr);

    return 0;
}

在运行时，它会分配5个整型变量大小的内存空间，并将其中的值进行打印。接着，它通过调用free()函数释放内存空间。

内存复制函数

memcpy函数

memcpy()函数可以用来复制内存空间中的数据，它的原型如下：

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);

其中，dest表示目标内存空间地址，src表示源内存空间地址，n表示需要复制的字节数。

示例代码如下：

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

int main() {
    char src[50] = "Hello World!";
    char dest[50];

    memcpy(dest, src, strlen(src) + 1);

    printf("The copied string is: %s\n", dest);

    return 0;
}

在运行时，它会将源字符串src复制到目标字符串dest中，然后打印复制完成的字符串。

memmove函数

memmove()函数与memcpy()函数类似，也可以用来复制内存空间中的数据，不同之处在于当源内存区域与目标内存区域重叠时，memmove()函数能够保证复制过程正确。它的原型如下：

void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n);

其中，dest表示目标内存空间地址，src表示源内存空间地址，n表示需要复制的字节数。

示例代码如下：

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

int main() {
    char str[] = "memmove can work with overlapping areas!";

    memmove (str+20, str+15, 11);

    printf ("Result: %s\n", str);

    return 0;
}

在运行时，它会将源字符串中部分字符复制到目标字符串的后面，然后打印复制完成的字符串。

总结

本文介绍了C语言中的字符串和内存函数。字符串是由一串字符组成的数组，可以通过gets()或者fgets()函数读取字符串，通过strcat()函数拼接字符串。内存函数包括动态分配函数、内存释放函数、内存复制函数，可以通过malloc()、calloc()、realloc()函数动态分配内存空间，通过free()函数释放内存空间，通过memcpy()、memmove()函数复制内存空间中的数据。这些函数在C语言程序中有着广泛的应用，能够提高程序的灵活性和效率。

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