C primer plus 11.1 表示字符串和字符串I/O
11.1表示字符串和字符串I/O
字符串是以空字符（\0）结尾的char类型数组。因此，可 以把上一章学到的数组和指针的知识应用于字符串。不过，由于字符串十分 常用，所以 C提供了许多专门用于处理字符串的函数。
重点内容：字符串的 性质、如何声明并初始化字符串、如何在程序中输入和输出字符串，以及如何操控字符串。
下列示例程序演示了在程序中表示字符串的几种方式：
和printf()函数一样，puts()函数也属于stdio.h系列的输入/输出函数。但 是，与printf()不同的是，puts()函数只显示字符串，而且自动在显示的字符 串末尾加上换行符。下面是该程序的输出：
11.1.1 在程序中定义字符串
在上述示例程序中使用了多种方法定义字符串：
1.字符串字面量（字符串常量）
用双引号括起来的内容称为字符串字面量（string literal），也叫作字符 串常量（string constant）。双引号中的字符和编译器自动加入末尾的\0字 符，都作为字符串储存在内存中，所以"I am a symbolic stringconstant."、"I am a string in an array."、"Something is pointed at me."、"Here are some strings:"都是字符串字面量。
从ANSI C标准起，如果字符串字面量之间没有间隔，或者用空白字符 分隔，C会将其视为串联起来的字符串字面量。例如：
char greeting【50】=“Hello，and”“how are ”“you” “today ！”；
与下面代码等价：
char greeting[50]="Hello,and how are you today!";
如果要在字符串内部使用双引号，必须在双引号前面加上一个反斜杠 （\）：
printf(""Run, Spot, run!" exclaimed Dick.\n");
输出如下：
"Run, Spot, run!" exclaimed Dick.
字符串常量属于静态存储类别（static storage class），这说明如果在函 数中使用字符串常量，该字符串只会被储存一次，在整个程序的生命期内存 在，即使函数被调用多次。用双引号括起来的内容被视为指向该字符串储存 位置的指针。这类似于把数组名作为指向该数组位置的指针。
下列示例程序演示了上述原理：
printf()根据%s 转换说明打印 We，根据%p 转换说明打印一个地址。因 此，如果"are"代表一个地址，printf()将打印该字符串首字符的地址（如果使 用ANSI之前的实现，可能要用%u或%lu代替%p）。最后，*"space farers"表 示该字符串所指向地址上储存的值，应该是字符串 *"space farers"的首字符。
下面是程序的输出：
2.字符串数组和初始化
定义字符串数组时，必须让编译器知道需要多少空间。一种方法是用足 够空间的数组储存字符串。在下面的声明中，用指定的字符串初始化数组 m1：
const char m1[40]="Limit yourself to one line's worth.";
const表明不会更改这个字符串。
这种形式的初始化比标准的数组初始化形式简单得多：
const char m1[40]= { 'L','i', 'm', 'i', 't', ' ', 'y', 'o', 'u', 'r', 's', 'e', 'l', 'f', ' ', 't', 'o', ' ', 'o', 'n', 'e', ' ','l', 'i', 'n', 'e', '", 's', ' ', 'w', 'o', 'r','t', 'h', '.' , '\0' };
注意最后的空字符。没有这个空字符，这就不是一个字符串，而是一个 字符数组。
在指定数组大小时，要确保数组的元素个数至少比字符串长度多1（为 了容纳空字符）。所有未被使用的元素都被自动初始化为0（这里的0指的是 char形式的空字符，不是数字字符0），如下图所示：
通常，让编译器确定数组的大小很方便。回忆一下，省略数组初始化声 明中的大小，编译器会自动计算数组的大小：
const charm2[]="If you can't think of anything,fake it.";
让编译器确定初始化字符数组的大小很合理。因为处理字符串的函数通 常都不知道数组的大小，这些函数通过查找字符串末尾的空字符确定字符串在何处结束。
让编译器计算数组的大小只能用在初始化数组时。如果创建一个稍后再 填充的数组，就必须在声明时指定大小。声明数组时，数组大小必须是可求 值的整数。在C99新增变长数组之前，数组的大小必须是整型常量，包括由 整型常量组成的表达式。如：
int n = 8; char cookies[1]; // 有效
char cakes[2 + 5];// 有效，数组大小是整型常量表达式
char pies[2*sizeof(long double) + 1]; // 有效
char crumbs[n]; // 在C99标准之前无效，C99标准之后这种数组 是变长数组
字符数组名和其他数组名一样，是该数组首元素的地址。因此，假设有下面的初始化：
char car[10] = "Tata";
那么，以下表达式都为真：
car == &car[0]、*car == 'T'、 *(car+1) == car[1] == 'a'。
还可以使用指针表示法创建字符串。例如：
const char * pt1 = "Something is pointing at me."
该声明与下面的声明几乎相同：
const char ar1[] = "Something is pointing at me.";
以上两个声明表明，pt1和ar1都是该字符串的地址。
在这两种情况下， 带双引号的字符串本身决定了预留给字符串的存储空间。尽管如此，这两种 形式并不完全相同。
3.数组和指针
数组形式：在上述声明中，数组形式（ar1[]） 在计算机的内存中分配为一个内含29个元素的数组（每个元素对应一个字 符，还加上一个末尾的空字符'\0'），每个元素被初始化为字符串字面量对应的字符。字符串都作为可执行文件的一部分储存在数据段中。当把 程序载入内存时，也载入了程序中的字符串。字符串储存在静态存储区 （static memory）中。但是，程序在开始运行时才会为该数组分配内存。此时，才将字符串拷贝到数组中（第 12 章详细讲解）。注意，此时字符串有两个副本，一个是在静态内存中的字符串字面量，另一个是储存在ar1数组中的字符串。
此后，编译器便把数组名ar1识别为该数组首元素地址（&ar1[0]）的别 名。这里关键要理解，在数组形式中，ar1是地址常量。不能更改ar1，如果 改变了ar1，则意味着改变了数组的存储位置（即地址）。可以进行类似 ar1+1这样的操作，标识数组的下一个元素。但是不允许进行++ar1这样的操 作。递增运算符只能用于变量名前（或概括地说，只能用于可修改的左 值），不能用于常量。
指针形式：指针形式（*pt1）也使得编译器为字符串在静态存储区预留29个元素的空间。另外，一旦开始执行程序，它会为指针变量pt1留出一个储存位置， 并把字符串的地址储存在指针变量中。该变量最初指向该字符串的首字符， 但是它的值可以改变。因此，可以使用递增运算符。例如，++pt1将指向第 2 个字符（o）。
字符串字面量被视为const数据。由于pt1指向这个const数据，所以应该 把pt1声明为指向const数据的指针。这意味着不能用pt1改变它所指向的数 据，但是仍然可以改变pt1的值（即，pt1指向的位置）。如果把一个字符串 字面量拷贝给一个数组，就可以随意改变数据，除非把数组声明为const。
总之，初始化数组把静态存储区的字符串拷贝到数组中，而初始化指针 只把字符串的地址拷贝给指针。
下列示例程序演示了这一点：
下面是在我们的系统中运行该程序后的输出：
该程序的输出说明了：
1.pt和MSG的地址相同，而ar的地址不 同，这与我们前面讨论的内容一致。
2.虽然字符串字面量"I'm special"在程序的两个 printf()函数中出现了两次，但是编译器只使用了一个存储位置，而且与MSG的地址相同。编译器可以把多次使用的相同字面量储存在一处或多处。另一个编译器可能在不同的位置储存3个"I'm special"。
3.静态数据使用的内存与ar使用的动态内存不同。不仅值不同，特定编 译器甚至使用不同的位数表示两种内存。
4.数组和指针的区别
初始化字符数组来储存字符串和初始化指针来指向字符串有何区别？
例如，假设有下面两个声明：
char heart[]="I love Tillie!";
const char*head="I love Millie";
两者主要的区别是：数组名heart是常量，而指针名head是变量。
实际使用中的区别：
1.两者都可以使用数组表示法：
for (i = 0; i < 6; i++)
putchar(heart[i]);
putchar('\n');
for (i = 0; i < 6; i++)
putchar(head[i]);
putchar('\n');
上面两段输出是：
I love
I love
2.两者都可以进行指针加法操作：
for (i = 0; i < 6; i++)
putchar(*(heart + i)); *
*putchar('\n');
for (i = 0; i < 6; i++)
putchar( *(head + i));
putchar（'\n'）;
输出结果如下：
I love
I love
但是只有指针表示法可以进行递增操作：
while ((head) != '\0') / * 在字符串末尾处停止/
putchar( *(head++)); / * 打印字符，指针指向下一个位置 */
这段代码输出结果为：
I love Millie!
假设想让head和heart统一，可以这样做：
head = heart; /* head现在指向数组heart */
这使得head指针指向heart数组的首元素。
但是，不能这样做：
heart = head; /* 非法构造，不能这样写 */
这类似于x = 3;和3 = x;的情况。赋值运算符的左侧必须是变量（或概括 地说是可修改的左值），如*pt_int。顺带一提，head = heart;不会导致head指 向的字符串消失，这样做只是改变了储存在head中的地址。除非已经保存 了"I love Millie!"的地址，否则当head指向别处时，就无法再访问该字符串。
另外，还可以改变heart数组中的元素值：
heart【7】=‘M’;或者*（heart+7）='M';
数组的元素是变量（除非数组被声明为const），但是数组名不是变量。
我们来看一下未使用const限定符的指针初始化：
char * word = "frame"；
编译器可能允许：word【1】='1';的做法，但是对当前的C标准而言，这样的行为是未定 义的。例如，这样的语句可能导致内存访问错误。原因前面提到过，编译器 可以使用内存中的一个副本来表示所有完全相同的字符串字面量。例如，下 面的语句都引用字符串"Klingon"的一个内存位置：
char * p1 = "Klingon";
p1[0] = 'F'; // ok?
printf("Klingon");
printf(": Beware the %ss!\n", "Klingon")；
也就是说，编译器可以用相同的地址替换每个"Klingon"实例。如果编译 器使用这种单次副本表示法，并允许p1[0]修改'F'，那将影响所有使用该字 符串的代码。所以以上语句打印字符串字面量"Klingon"时实际上显示的 是"Flingon"：
Flingon: Beware the Flingons!
实际上在过去，一些编译器由于这方面的原因，其行为难以捉摸，而另 一些编译器则导致程序异常中断。因此，建议在把指针初始化为字符串字面 量时使用const限定符：
const char * pl = "Klingon"; // 推荐用法
然而，把非const数组初始化为字符串字面量却不会导致类似的问题。 因为数组获得的是原始字符串的副本。
总之，如果不修改字符串，不要用指针指向字符串字面量。
5.字符串数组
如果创建一个字符数组会很方便，可以通过数组下标访问多个不同的字符串。
下列示例程序演示了两种方法：指向字符串的指针数组和char类型数组的数组：
输出结果如下：
从某些方面来看，mytalents和yourtalents非常相似。两者都代表5个字符 串。使用一个下标时都分别表示一个字符串，如mytalents[0]和 yourtalents[0]；使用两个下标时都分别表示一个字符，例如 mytalents[1][2]表 示 mytalents 数组中第 2 个指针所指向的字符串的第 3 个字符'l'， yourtalents[1][2]表示youttalentes数组的第2个字符串的第3个字符'e'。而且， 两者的初始化方式也相同。
但是，它们也有区别。mytalents数组是一个内含5个指针的数组，在我 们的系统中共占用40字节。而yourtalents是一个内含5个数组的数组，每个数 组内含40个char类型的值，共占用200字节。
所以，虽然mytalents[0]和 yourtalents[0]都分别表示一个字符串，但mytalents和yourtalents的类型并不相 同。mytalents中的指针指向初始化时所用的字符串字面量的位置，这些字符 串字面量被储存在静态内存中；而 yourtalents 中的数组则储存着字符串字面 量的副本，所以每个字符串都被储存了两次。
此外，为字符串数组分配内存 的使用率较低。yourtalents 中的每个元素的大小必须相同，而且必须是能储 存最长字符串的大小。
我们可以把yourtalents想象成矩形二维数组，每行的长度都是40字节； 把mytalents想象成不规则的数组，每行的长度不同。下图演示了这两种数 组的情况（实际上，mytalents 数组的指针元素所指向的字符串不必储存在连续的内存中，图中所示只是为了强调两种数组的不同）。
综上所述，如果要用数组表示一系列待显示的字符串，请使用指针数 组，因为它比二维字符数组的效率高。但是，指针数组也有自身的缺点。**
**mytalents 中的指针指向的字符串字面量不能更改；而yourtalentsde 中的内容 可以更改。所以，如果要改变字符串或为字符串输入预留空间，不要使用指 向字符串字面量的指针。
11.1.2 指针和字符串
在讨论字符串时或多或少会涉及指针。实际 上，字符串的绝大多数操作都是通过指针完成的。
下列示例程序演示了指针和字符串的联系：
注意
如果编译器不识别%p，用%u或%lu代替%p。
你可能认为该程序拷贝了字符串"Don't be a fool!"，程序的输出似乎也验证了你的猜测：
程序分析：仔细分析最后两个printf()的输出。首先第1项，mesg和copy都以 字符串形式输出（%s转换说明）。这里没问题，两个字符串都是"Don't be a fool!"。
接着第2项，打印两个指针的地址。如上输出所示，指针mesg和copy分 别储存在地址为0x0012ff48和0x0012ff44的内存中。
注意最后一项，显示两个指针的值。所谓指针的值就是它储存的地址。 mesg 和 copy 的值都是0x0040a000，说明它们都指向的同一个位置。因此， 程序并未拷贝字符串。语句copy = mesg;把mesg的值赋给copy，即让copy也指 向mesg指向的字符串。
为什么要这样做？为何不拷贝整个字符串？假设数组有50个元素，考虑 一下哪种方法更效率：拷贝一个地址还是拷贝整个数组？通常，程序要完成 某项操作只需要知道地址就可以了。如果确实需要拷贝整个数组，可以使用 strcpy()或strncpy()函数。
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