6.3 字符数组

思维导图： 

 

前言：

主要内容：

前言内容整理

  1. 字符型数据和存储

    • 字符型数据是依据字符的ASCII代码存储在内存单元中，通常占用一个字节的空间。
    • ASCII代码可以被认为是整数，因此在C99标准中，字符类型被归类为整型数据的一种。

  2. 字符数据的特点及其在本书的讨论

    • 字符数据有着广泛的应用，特别是在字符串的形式中使用。
    • 由于字符数据的特性和应用范围广泛，本书将专门讨论这个话题，希望读者能够熟练掌握相关知识。

  3. C语言中的字符串处理

    • C语言本身没有字符串数据类型或变量。
    • 在C语言中，字符串是通过字符数组来实现和存储的。

这段前言主要是为了介绍字符型数据的基本存储方式和其在C语言中的应用，尤其是在构建字符串时的重要性和处理方式。

我的理解：

首先，它解释了字符型数据是如何存储在内存中的：即通过字符的ASCII代码存储，一般占用一个字节的空间。然后它提到在C99标准中，字符型数据是整型数据的一种特殊类型，因为ASCII代码是整数。

接着，这段文字强调了字符数据在实际编程中的重要性和应用范围，特别是它在构成字符串时的重要角色。由于字符数据的应用很广泛，并且具有其自身的特点，所以作者特意在本书中对其进行深入讨论，以帮助读者更好地掌握这个概念。

最后，它指出C语言中没有专门的字符串类型或变量，而是通过字符数组来实现字符串的存储和操作。

总结来说，这段文字旨在向读者介绍字符型数据的存储方式和其在C语言中的应用，特别是在形成字符串时的作用和重要性。同时，它也提示读者C语言处理字符串的特殊方式，即使用字符数组来存储和操作字符串。

6.3.1 怎样定义字符数组 

主要内容：

1. 字符数组的定义
- **定义**：字符数组是用于存储字符数据的数组，每个元素存放一个字符。
- **方法**：定义字符数组的方式与定义数值型数组类似。

2. 示例与解析
- **示例代码**：

 char c[10];c[0]='T';c[1]='';c[2]='a';c[3]='m';c[4]='';c[5]='h';c[6]='a';c[7]='p';c[8]='p';c[9]='y';


- **数组状态示意图**（图6.11）：
  - c[0]: 'T'
  - c[1]: ''
  - c[2]: 'a'
  - c[3]: 'm'
  - c[4]: ''
  - c[5]: 'h'
  - c[6]: 'a'
  - c[7]: 'p'
  - c[8]: 'p'
  - c[9]: 'y'

 3. 字符数据的存储形式
- **以整数形式存放**：字符型数据是通过其ASCII代码（一种整数形式）来存储的。
- **使用整型数组存放字符数据**：可以利用整型数组来存储字符数据。
  - **示例代码**：
    ```c
    int e[10];
    e[0]='a'; // 合法，但会浪费存储空间
    ```
  - **代码解析**：
    - 此代码段展示了如何用整型数组来存储字符数据。虽然这种做法是合法的，但由于整型数组元素通常占用的空间大于字符型数组元素，这样做会浪费存储空间。

这部分内容讲述了字符数组的定义、赋值和字符数据的存储方式，以及字符数据如何通过其ASCII代码整数形式存储在整型数组中，尽管这样会浪费更多的存储空间。

我的理解：

6.3.2 字符数组初始化

主要内容：

### 6.3.2 字符数组的初始化

1. **初始化方式**
   - 利用初始化列表来对字符数组进行初始化，逐一将字符赋给数组的各个元素。
   - 示例: 
    

char c[10]={'I',' ','a','m',' ','h','a','p','p','y'};


     (注意: 代码中有语法错误和不完整的部分，这可能是一个错误或打字错误)

2. **未初始化的字符数组**
   - 如果没有进行初始化，字符数组的元素值将是不可预见的。

3. **初值个数与数组长度的关系**
   - 若初值个数 > 数组长度: 语法错误。
   - 若初值个数 < 数组长度: 只有前几个元素会被初始化，剩余的将被初始化为空字符 `\0`.

4. **省略数组长度**
   - 如果初值个数与数组长度相等，可以省略数组长度，系统将根据初值个数自动确定数组长度。
   - 示例:
   
     (注意: 示例中的代码有语法错误，'' 是不合法的字符)

5. **二维字符数组**
   - 可以定义并初始化一个二维字符数组。
   - 示例:

     (注意: 示例中的代码有语法错误，字符数组的初始化不正确)

6. **图示**
   - 图 6.12 和图 6.13 展示了字符数组的状态和一个菱形平面图形的示例。

 6.3.3 怎样引用字符数组中的元素

主要内容：

在这段文字中，我们可以看到两个代码示例，

### 例6.6：输出一个已知的字符串

#### 解题思路
- 定义一个字符数组并用初始化列表为其赋初值。
- 使用循环逐个输出字符数组中的字符。

#### 编写程序

#include<stdio.h>
int main()
{char c[15] = {'I', ' ', 'a', 'm', ' ', 'a', ' ', 's', 't', 'u', 'd', 'e', 'n', 't', '.'};int i;for(i = 0; i < 15; i++)printf("%c", c[i]);printf("\n");return 0;
}

#### 运行结果

### 例6.7：输出一个菱形图

#### 解题思路
- 画出一个如图6.13所示的平面菱形图案，每行包含5个字符（可以包含空白字符和'x'字符）。
- 定义一个字符型的二维数组，并用初始化列表进行初始化，其中列表中的字符顺序应与图6.12中各行中的字符顺序相对应（注意，你提供的文本没有给出图6.12和图6.13，你需要根据这两个图来设置初始化列表）。
- 使用嵌套的for循环输出字符数组中的所有元素。

#### 编写程序
（以下代码需要根据图6.12和图6.13来完善初始化列表）

#include<stdio.h>
int main()
{char diamond[5][5] = {{' ', ' ', 'x', ' ', ' '},{' ', 'x', ' ', 'x', ' '},{'x', ' ', ' ', ' ', 'x'},{' ', 'x', ' ', 'x', ' '},{' ', ' ', 'x', ' ', ' '}};int i, j;for(i = 0; i < 5; i++) {for(j = 0; j < 5; j++)printf("%c", diamond[i][j]);printf("\n");}return 0;
}

#### 运行结果

这两个示例可以帮助你理解如何引用字符数组中的元素。在C语言中，数组是通过索引来引用其元素的，其中索引是从0开始的。在这些示例中，我们通过在循环中使用索引来引用和打印字符数组中的元素。

6.3.4 字符串和字符串结束标志

主要内容：

这段文本讲述了C语言中字符串的表示方式和其结束标志'\0'的重要性。下面我们逐一讨论其中的重点。

#### 1. 字符串的表示和存储
在C语言中，字符串是作为字符数组来处理的。一个字符数组可以用来存储一个字符串，其中字符串的字符是逐个存储到数组元素中的。

#### 2. 字符串结束标志'\0'
为了确定字符串的实际长度，C语言引入了一个特殊的字符'\0'作为字符串结束标志。遇到'\0'字符时，认为字符串结束，其前面的字符组成一个字符串。这意味着字符数组的长度不再是重点，而是通过'\0'的位置来判断字符串何时结束。

#### 3. 字符数组的初始化
字符数组可以通过字符串常量来初始化。这种方式直观、方便且符合人们的习惯。例如：

char e[] = "I am happy";

或

char c[] = "I am happy";

注意，初始化时系统会自动在字符串末尾添加一个'\0'字符，因此数组的长度会比字符串常量的字符数多一。

#### 4. '\0'字符的应用
系统在存储字符串常量时会自动在其末尾添加'\0'字符，以标示字符串的结束。这样，可以方便地使用例如`printf("%s", str)`这样的函数来输出字符串，因为函数会自动检测'\0'字符来判断字符串何时结束。

#### 5. 字符数组中'\0'的重要性
如果想用一个新的字符串替换字符数组中的原有字符串，应注意添加'\0'字符以标示新字符串的结束。否则，新字符串和原有字符串会连成一片，无法区分。例如：

char c[] = "C program.";
// ... (假设我们将"Hello"存储到数组c的前5个位置)
printf("%s\n", c);

如果没有在"Hello"后面添加'\0'字符，输出结果将是"Hellogram."而不仅仅是"Hello"。

#### 小结
通过这段文本，我们可以更好地理解C语言中字符串的表示方式及'\0'字符在字符串处理中的重要性。这有助于我们更好地管理和处理字符串，避免因字符串未正确结束而导致的潜在错误。

 

 6.3.5 字符数组的输入输出

主要内容：

#### 方法

1. **逐个字符输入输出**
    - 使用 `%c` 格式符来逐一输入或输出字符。
    - 例: 示例 6.6 (未给出)

2. **整个字符串的输入输出**
    - 使用 `%s` 格式符来进行字符串的输入或输出。
    - 例:
       

 char c[] = "China";printf("%s\n", c);


    - 在内存中, 数组 `c` 的存储情况是逐字符存储，最后是结束符 `\0`。
    - 输出时只会输出到遇见 `\0` 结束符。

#### 说明

1. **输出字符串时**
   - 输出的字符中不包括结束符 '\0'。

2. **使用 `%s` 格式符**
   - 在 `printf` 函数中的输出项应该是字符数组名，而非数组元素名。
   - 错误示例: `printf("%s", c[0]);` (c[0]是数组元素而非数组名)

3. **数组长度与实际字符串长度**
   - 如果数组长度大于字符串的实际长度，输出时只输出到第一个 '\0' 结束。
   - 例: 
     

 char c[10] = "China";printf("%s", c);


   - 以上代码只输出“China”，不会输出10个字符。

4. **字符数组中的多个 '\0'**
   - 如果一个字符数组中包含一个以上的 '\0'，则输出时会在遇到第一个 '\0' 时停止。

5. **使用 `scanf` 函数输入字符串**
   -

 scanf("%s", c);


   - 输入的字符串应该短于已定义的字符数组的长度。
   - 例如, 定义 `char e[6];` 并输入 "ChinaL"，系统会自动在 "China" 后添加 '\0'。

6. **输入多个字符串**
   - 使用 `scanf` 函数可以输入多个以空格分隔的字符串。
   - 例:

char str1[5], str2[5], str3[5];scanf("%s%s%s", str1, str2, str3);


   - 以上代码将输入 "How are you?" 分割为三个字符串，存储在 `str1`、`str2` 和 `str3` 中。

7. **注意事项**
   - 在使用 `scanf` 函数时，字符数组名作为输入项时不应该再加地址符 '&'。
   - 错误示例: `scanf("%s", &str);`
   
8. **字符数组名和地址**
   - 字符数组名代表该数组的起始地址。
   - 可以使用 `printf` 语句得到数组第一个元素的地址，例如：
      ```c
      printf("%p", c);
      ```
     此处显示数组 `c` 的起始地址。
   
9. **字符串输出的实现**
   - 使用 `printf("%s", c);` 输出字符串是通过找到数组名 `c` 代表的起始地址，然后逐个输出字符直到遇到 '\0' 结束。

这就是字符数组的输入和输出的基本概念和实现方法。

 

6.3.6 字符串处理函数 

主要内容：

### 6.3.6 使用字符串处理函数

- 字符串处理函数是C编译系统提供的公共函数，用于方便地处理字符串运算。
- 这些函数不是C语言的核心组成部分，而是由编译系统提供来增强用户体验。
- 以下是一些常用的字符串处理函数：

1. **`puts` 函数** - 用于输出字符串
   - 用法：`puts(字符数组)`
   - 在输出时，字符串的结束标记 '\0' 转换为换行符 '\n'。

2. **`gets` 函数** - 用于输入字符串
   - 用法：`gets(字符数组)`
   - 该函数将终端输入的字符串存入字符数组，并返回数组的起始地址。

3. **`strcat` 函数** - 字符串连接函数
   - 用法：`strcat(字符数组1, 字符数组2)`
   - 该函数将字符数组2连接到字符数组1的后面，并返回字符数组1的地址。
   - 注意保证字符数组1有足够的空间来容纳新的字符串。

4. **`strcpy` 和 `strncpy` 函数** - 字符串复制函数
   - 用法：`strcpy(字符数组1, 字符串2)` 或 `strncpy(字符数组1, 字符串2, n)`
   - 这些函数将字符串2（或其前n个字符）复制到字符数组1中。
   - 注意字符数组1应有足够的空间来容纳字符串2。

5. **`strcmp` 函数** - 字符串比较函数
   - 用法：`strcmp(字符串1, 字符串2)`
   - 该函数比较两个字符串，并根据比较结果返回相应的值（0，正数或负数）。

6. **`strlen` 函数** - 测字符串长度的函数
   - 用法：`strlen(字符数组)`
   - 该函数返回字符串的实际长度（不包括 '\0'）。

7. **`strlwr` 函数** - 将字符串转换为小写
   - 用法：`strlwr(字符串)`

8. **`strupr` 函数** - 将字符串转换为大写
   - 用法：`strupr(字符串)`

- 当使用这些字符串处理函数时，需要在程序文件开头包含 `<string.h>` 文件。
- 这些函数提供了一种方便的方式来处理字符串运算，但不需要硬记它们；可以根据函数名猜测其功能，并在需要时查阅文档。

### 注意点

- 这些函数不是C语言的核心组成部分，但它们提供了处理字符串运算的便利方式。
- 使用这些函数时，应确保字符数组有足够的空间来避免溢出。
- 字符串的比较应根据ASCII码值进行，并注意大写字母的ASCII值小于小写字母的。
- 使用这些函数可以大大提高字符串操作的效率和便利性。

 

 

6.3.7 字符数组应用举例 

 例6.8 统计新单词

  我的答案：

## 思考过程和分析过程

在这个问题中，我们的目标是统计一行字符串中有多少个单词，以空格作为单词的分隔符。为了实现这个功能，我们可以使用一个标志变量（如word）来跟踪我们是否处于单词内还是单词外，同时我们需要一个计数器来统计我们遇到的单词数量。

### 思考过程：

1. 初始化一个标志变量`word`为0和一个计数器`num`为0。
2. 遍历输入字符串中的每一个字符。
3. 如果当前字符是非空格字符，并且`word`为0（表示前一个字符是空格或者这是第一个字符），我们将`word`设为1，并将`num`增加1，因为我们已经找到了一个新的单词的开始。
4. 如果当前字符是空格，我们将`word`设为0，表示我们现在是在单词外面。
5. 在遍历结束后，`num`将包含单词的数量。

### 分析过程：

1. **边界条件**：我们需要确保处理字符串的开始和结束时的边界条件。
2. **循环条件**：在遍历字符串时，我们应该正确地设置循环条件，以防止数组越界。
3. **代码效率**：我们应该尽量使代码高效，避免不必要的操作。

下面是在C，C++和JAVA中实现该逻辑的代码：

### C语言实现

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {char str[100];fgets(str, 100, stdin);int num = 0, word = 0;for(int i = 0; i < strlen(str); i++) {if(str[i] != ' ' && str[i] != '\n') {if(word == 0) {word = 1;num++;}} else {word = 0;}}printf("There are %d words in this line.\n", num);return 0;
}

### C++实现

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string str;getline(cin, str);int num = 0, word = 0;for(char c : str) {if(c != ' ') {if(word == 0) {word = 1;num++;}} else {word = 0;}}cout << "There are " << num << " words in this line." << endl;return 0;
}

### JAVA实现

import java.util.Scanner;public class Main {public static void main(String[] args) {Scanner sc = new Scanner(System.in);String str = sc.nextLine();int num = 0, word = 0;for(int i = 0; i < str.length(); i++) {if(str.charAt(i) != ' ') {if(word == 0) {word = 1;num++;}} else {word = 0;}}System.out.println("There are " + num + " words in this line.");}
}

在以上代码中，我们按照之前讨论的思考和分析过程实现了单词计数逻辑。首先，我们读取一行输入，然后我们遍历每一个字符，并使用`word`变量来跟踪我们是否处于一个单词中。如果我们遇到一个新的单词的开始，我们增加单词计数器`num`。

 

例6.9 比较字符串大小 

 我的答案：

要找出三个字符串中的“最大”者，首先我们需要明确“最大”的定义。在这里，我们可以将其理解为字典序最大的字符串。

我们可以按照以下步骤解决这个问题：

1. 首先，我们需要获取这三个字符串。
2. 接着，我们可以使用字符串比较函数（例如C语言中的`strcmp`，C++中的`string::compare`或者Java中的`String.compareTo`）来比较这些字符串。
3. 最后，我们可以确定并输出字典序最大的字符串。

以下是各个语言的实现：

### C 语言

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {char str1[100], str2[100], str3[100];printf("Enter three strings:\n");scanf("%s %s %s", str1, str2, str3);char *max_str;if (strcmp(str1, str2) > 0) {if (strcmp(str1, str3) > 0) {max_str = str1;} else {max_str = str3;}} else {if (strcmp(str2, str3) > 0) {max_str = str2;} else {max_str = str3;}}printf("The largest string is: %s\n", max_str);return 0;
}

### C++ 语言

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str1, str2, str3;std::cout << "Enter three strings:" << std::endl;std::cin >> str1 >> str2 >> str3;std::string max_str;if (str1 > str2) {if (str1 > str3) {max_str = str1;} else {max_str = str3;}} else {if (str2 > str3) {max_str = str2;} else {max_str = str3;}}std::cout << "The largest string is: " << max_str << std::endl;return 0;
}

### Java 语言

import java.util.Scanner;public class Main {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("Enter three strings:");String str1 = scanner.next();String str2 = scanner.next();String str3 = scanner.next();String max_str;if (str1.compareTo(str2) > 0) {if (str1.compareTo(str3) > 0) {max_str = str1;} else {max_str = str3;}} else {if (str2.compareTo(str3) > 0) {max_str = str2;} else {max_str = str3;}}System.out.println("The largest string is: " + max_str);}
}

这些程序首先获取三个字符串，然后使用嵌套的if-else结构来比较字符串并确定最大字符串。最后，它们将输出最大的字符串。

 

总结： 

### 重点：

1. **字符串的初始化和赋值**：理解如何在各种编程语言中正确初始化和赋值字符串是很重要的。
2. **字符串处理函数**：深入了解和掌握各种字符串处理函数（如`strlen`, `strcmp`, `strcpy`等）。
3. **字符串的遍历**：学会如何正确遍历字符串，以实现各种操作（如统计单词数量，找出最大字符串等）。

### 难点：

1. **字符串的内存管理**：在某些编程语言（如C）中，字符串的内存管理可能会变得比较复杂，需要注意内存分配和释放。
2. **字符串和字符数组的区别**：理解字符串和字符数组的区别和相互转换是一项挑战。
3. **动态字符串操作**：理解和掌握动态字符串的操作，如动态分配内存空间，可以是一个较为高级和复杂的主题。

### 易错点：

1. **数组越界错误**：在进行字符串操作时，很容易发生数组越界的错误。
2. **错误的字符串终止符**：在C语言中，忘记在字符串末尾添加终止符'\0'是一个常见的错误。
3. **字符串比较**：在进行字符串比较时，使用`==`代替`strcmp`或类似函数是一个常见的错误。
4. **输入缓冲区溢出**：在获取字符串输入时，不正确的处理可能导致缓冲区溢出和其他相关的错误。

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目录 1、前言版本更新说明免责声明 2、我已有的FPGA视频拼接叠加融合方案3、设计思路框架视频源选择OV5640摄像头配置及采集静态彩条视频拼接算法图像缓存视频输出 4、vivado工程详解5、工程移植说明vivado版本不一致处理FPGA型号不一致处理其他注意事项 6、上板调试验证并演示…
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