C++ 中数组与字符串

目录

• 一、数组的特征
• 二、 一般数组声明与定义
  • 1、 栈上的数组(stack)
  • 2、堆上的数组(heap) —— 动态数组
• 三、字符串的三种表示方式：
• 四、字符数组来表示字符串
  • • 1、C 风格字符串
    • 2、C 风格字串处理
• 五、字符串的格式化

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一、数组的特征

1. 数组是存放类型相同的对象的容器，这些对象没有名称，只能根据其所在的位置来进行访问。
2. 数组的大小是确定不变的，不能随意增加删除元素。
3. 数组中的元素在内存中是连续的。
4. 数组会最终会退化成指针，指针的地址即为数组的首元素地址。
5. 数组的性能会优于vector， 但操作灵活性会有所损失。
6. 字符类型的数组在表示C类型的字符串时，其结尾必须要有 \0 作为结束符。

二、 一般数组声明与定义

1、 栈上的数组(stack)

• 数组在编译的时候，其维度(即元素的个数)必须是已知的。所以其维度必须是常量或常量表达式。
• 由于数组会隐式的退化成指向首元素的指针(即数组名)，所以不能用数组的内容来初始化或者直接赋值给其它数组

const char* arr01 = "Test"; // 初始化一个字符串，将其首地址赋给指针变量 arr01
char arr02[] = "Test";      // 初始化一个字符数组，可以进行修改数组元素的内容

int arr11[4];                 //声明一个长度为10的整型数组
int arr12[4] = { 1,2,3,4};    //初始化一个数组, 右边元素个数不能超过4个
int arr13[] = { 1,2,3,4,5 };  //初始化数组，根据初始化的元素来推断元素的个数。

//为数组进行赋值：由于数组会隐式的退化成指针 只能对每个元素进行赋值
arr11[0] = 1;
arr11[1] = 1;
arr11[2] = 1;
arr11[3] = 1;

arr11 = arr12;       // 错误： 不能把一个数组直接赋值给另一个数组。
int arr14[] = arr12; // 错误： 不能用一个数组初始化另一个数组。
int *arr15 = arr12;  // 正确： 定义一个指针来指向arr12数组，arr12代表一个指针

int num1 = 10;
constexpr int num2 = 10;
int arr16[num1];              //错误：num1 不是常量表达式
int arr17[num2];              //正确：num2 为常量表达式

2、堆上的数组(heap) —— 动态数组

• new 会返回指向该数组首元素的指针，也是该数组的指针地址
• 动态数组元素的个数可以不是常量表达式
• new 的动态数组需要释放，否则会造成内存泄漏的问题

int num = 4;
int* arr21 = new int[num];          // 正确： 动态数组不需要 num 为常量表达式，且 num 可以为 0.
int* arr22 = new int[4];            //new 一个长度为4的整型数组，未进行初始化。
int* arr23 = new int[4]();          //new 一个长度为4的整型数组, 并将其所有值按默认值进行初始化, 整型数组默认值为0
int* arr24 = new int[4]{ 1,2,3,4 }; // 正确： 初始化元素个数必须小于等于指定要 new 的元素个数(在此即为4个元素)

动态数组的释放：销毁 new 的动态数组中的元素，并释放所分配的内存空间。数组中的元素按逆序销毁，即最后一个元素先被销毁，然后是倒数第二个，依次来销毁所有的元素。

// arr 必须指向一个动态分配的数组或为空
delete[] arr

【注】new 单一元素与数组的区别：

int *p1 = new int(10); // 在堆上初始化一个int类型的元素，其值为10，而不是创建一个数组。
int *p2 = new int[10]; // 在堆上创建一个int类型的数组，包含10个元素。

delete p1;    // 释放new的元素
delete[] p2;  // 释放new的数组

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三、字符串的三种表示方式：

1、 std::string 的形式，使用STL的 string class，方便对字符串进行各种处理，提供多种API：

std::string str2 = "Hello test 02";
size_t count = str2.size();

2、 const char* 常量指针的形式，此时常量指针的内容不能进行修改：

// C++中必须为常量指针，C 语言可以无需const
const char* str1 = "Hello test";

3、 字符数组的形式，将字符串以数组的形式进行表示：

// 如果指定字符数组的长度，则字符数组的长度值 >= 字符的个数 + 1，即字符的个数加上结束空字符'\0'
char str3[20] = "123456";

// 可以省略字符数组的长度，其默认长度等于：字符的个数加上结束空字符'\0'
char str4[] = "123456";

// 计算字符数组的长度 (注：包含末尾的空结束字符)
int arrCount = sizeof(str4) / sizeof(str4[0]);

【注】如果是作为.dll/.so的形式来对外提供自己的库，推荐使用字符数组的形式； 如果是只是自己项目内部函数使用，推荐使用std::string

四、字符数组来表示字符串

1、C 风格字符串

由于 C 语言并没有字符串，而是使用以空字符\0为终止符的字符数组来表示字符串，即常说的C-Style字符串，一般利用指针来操作这些字符串。其表现形式主要有两种：

1. 以字符指针的形式来表示：

// p001 表示指向字符数组的指针，其数组空间大小是实际字符长度加1，以末尾的`\0`来表示字符结束。
// 该方式指向的字串不能进行修改编辑
const char* p001 = "Test"  

2. 以字符数组的形式来表示，该方式创建的字串可以进行修改编辑：

//p002所占空间长度为5，包括默认自动添加的'\0'结束符
char p002[] = "Test";
//指定的字符数 >=（初始化字符串中的字符个数 + 1）
char p003[10]="Test";
//p004 需要在末尾添加`\0`作为最后一个元素，否则在遇到处理字符串的时候，将无法识别到字符结束的标志
char p004[] = { 'T','e','s','t','\0' };

2、C 风格字串处理

在C++标准库之外，经常需要处理C风格字符串，为此C++在cstring头文件中定义了很多处理C-Style字符串的函数(cstring是C中的string.h的C++版本)。
常用处理C风格字符串函数如下：

//1. 计算字符串长度
strlen(pChStr);   //返回单字节字符串长度，空结束字符`\0`不计算
wcslen(pWchSrc);  //返回宽字符字串长度，不包括结束符`\0`

//2. 复制字串，或将内容写入字串
strcpy_s(pChDest, SizeNum, pChSrc);      //单字节字串
sprintf_s(pChDest, SizeNum, pChSrc);     //单字节字串
wcscpy_s(pWchDest, SizeNum, pWchSrc);    //宽字符字串
swprintf_s(pWchDest, SizeNum, pWchSrc);  //宽字符字串

//3. 比较字串是否相等
strcmp(p1, p2);  //单字节字串：相等返回0；p1>p2 返回正值；p1<p2返回负值
wcscmp(p1, p2);  //宽字符字符：相等返回0

//4. 字串连接
//单字节字串：将pSrc字串添加到 pDest 后面，以`\0`结束，返回拼接后的pDest字串。当pDest空间不足时，将会丢弃pSrc的部分元素
strcat(pDest, pSrc); 
//单字节字串：需要指定合并后字符的总个数(包含终止符`\0`)，来保证空间充足
strcat_s(pDest,count, pSrc);
//多字节字符：需要指定合并后字符的总个数(包含终止符`\0`)，来保证空间充足
wcscat_s(pDest,count, pSrc);

1. 由于不能直接将字符数组用来初始化或者赋值给另一个字符数组，所以经常需要进行字符串拷贝写入处理

const char* pChSrc = "Test";
const wchar_t* pWchSrc = L"Test";

char pChDest[10];
wchar_t pWchDest[10];

//单字节： 将 pChSrc的字符串拷贝到 pChDest中
strcpy_s(pChDest, 5, pChSrc);

//宽字符： 将pWchSrc 字串拷贝到pWchDest中的两种方式：
wcscpy_s(pWchDest, 5, pWchSrc); // 方式1
swprintf_s(pWchDest, 5, pWchSrc); // 方式2

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五、字符串的格式化

将字符串格式成指定的形式，常用的方法：

• int sprintf(char *str, const char *format, ...)：如果buffer区不足将会导致溢出的问题。
• int sprintf_s( char* restrict buffer, rsize_t bufsz, const char* restrict format, ... );：该方式会检查buffer的大小，避免溢出，超出时会自动截断，是安全的用法。返回值在不溢出的情况下是写入字串实际大小，在溢出时是写入所有字串所期望的大小。
• int snprintf( char* restrict buffer, size_t bufsz, const char* restrict format, ... );：该方式同样会检查buffer的大小避免溢出问题。返回值在不溢出的情况下是写入字串实际大小，在溢出时是写入所有字串所期望的大小。

    char buffA[1024] = {0};
    
    sprintf(buffA, "%s, %d", "test", 10);
    sprintf_s(buffA, sizeof(buffA), "%s, %d", "test", 11);
    snprintf(buffA, sizeof(buffA), "%s, %d", "test", 12);

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参考资料：

1. C + + 基础—— 数组
2. C Runtime library reference
3. printf, fprintf, sprintf, snprintf, printf_s, fprintf_s, sprintf_s, snprintf_s
4. sprintf_s, _sprintf_s_l, swprintf_s, _swprintf_s_l