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前言

在C語言中，字符串是程序設計中不可或缺的一部分。C語言本身并沒有提供專門的字符串類型，而是通過字符數組來實現字符串操作。為了方便對字符串進行處理，C語言標準庫提供了豐富的字符串操作函數。今天，我們就通過一個簡單的程序來深入探討字符串操作函數的使用，以及它們在C語言中的重要性。

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題目引入

下面是一個簡單的程序，它的輸出結果是：（ ）

#include <stdio.h>
#include <string.h>void print_string(const char *str) {printf("%s\n", str);
}int main() {char str1[20] = "Hello";char str2[20] = "World";strcat(str1, str2);print_string(str1);return 0;
}

A. Hello
B. World
C. HelloWorld
D. Hello World

在接下來的文章中，我們會一起把字符串操作函數的知識與題目結合起來，學習這一知識點。

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知識點分析

1. 字符串的基本概念

在C語言中，字符串是以字符數組的形式存儲的，以空字符（\0）作為結束標志。例如：

char str[] = "Hello";

這里，str 是一個字符數組，包含 6 個字符：'H'、'e'、'l'、'l'、'o' 和一個空字符 '\0'。空字符是字符串的終止符，用于標識字符串的結束。

2. 常用字符串操作函數

C語言標準庫 <string.h> 提供了豐富的字符串操作函數，以下是一些常用的函數及其功能：

（1）字符串拷貝函數：strcpy()

strcpy() 函數用于將一個字符串拷貝到另一個字符串中。其函數原型為：

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

• dest 是目標字符串，src 是源字符串。
• 該函數會將 src 中的字符串（包括終止符 \0）拷貝到 dest 中。
• 返回值是目標字符串的首地址。

示例：

char src[] = "Hello";
char dest[20];
strcpy(dest, src);
printf("%s\n", dest); // 輸出：Hello

（2）字符串連接函數：strcat()

strcat() 函數用于將一個字符串連接到另一個字符串的末尾。其函數原型為：

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

• dest 是目標字符串，src 是源字符串。
• 該函數會將 src 中的字符串（不包括終止符 \0）連接到 dest 的末尾。
• 返回值是目標字符串的首地址。

示例：

char str1[20] = "Hello";
char str2[] = "World";
strcat(str1, str2);
printf("%s\n", str1); // 輸出：HelloWorld

（3）字符串比較函數：strcmp()

strcmp() 函數用于比較兩個字符串的大小。其函數原型為：

int strcmp(const char *str1, const char *str2);

• 如果 str1 和 str2 相等，返回 0。
• 如果 str1 小于 str2，返回負值。
• 如果 str1 大于 str2，返回正值。

示例：

char str1[] = "apple";
char str2[] = "banana";
int result = strcmp(str1, str2);
printf("%d\n", result); // 輸出：負值

（4）字符串長度函數：strlen()

strlen() 函數用于計算字符串的長度（不包括終止符 \0）。其函數原型為：

size_t strlen(const char *str);

示例：

char str[] = "Hello";
size_t length = strlen(str);
printf("%zu\n", length); // 輸出：5

（5）字符串查找函數：strstr()

strstr() 函數用于在一個字符串中查找另一個字符串的首次出現位置。其函數原型為：

char *strstr(const char *haystack, const char *needle);

• haystack 是被搜索的字符串，needle 是要查找的子字符串。
• 如果找到子字符串，返回子字符串的首地址；否則返回 NULL。

示例：

char str[] = "Hello World";
char *result = strstr(str, "World");
if (result) {printf("Found: %s\n", result); // 輸出：Found: World
} else {printf("Not found\n");
}

3. 字符串操作函數的底層實現

為了更好地理解字符串操作函數的工作原理，我們可以簡單分析一下它們的底層實現。

（1）strcpy() 的實現

char *strcpy(char *dest, const char *src) {char *tmp = dest;while ((*tmp++ = *src++) != '\0');return dest;
}

• 通過一個循環，逐個拷貝源字符串中的字符到目標字符串中，直到遇到終止符 \0。
• 返回目標字符串的首地址。

（2）strlen() 的實現

size_t strlen(const char *str) {const char *tmp = str;while (*tmp++);return tmp - str;
}

• 通過一個循環，逐個遍歷字符串中的字符，直到遇到終止符 \0。
• 返回字符串的長度。

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注意事項

1. 字符串數組的空間大小

在使用字符串操作函數時，必須確保目標字符串數組有足夠的空間來存儲結果。例如，在使用 strcpy() 或 strcat() 時，目標字符串數組的大小必須大于或等于源字符串的長度加上終止符 \0 的大小。

錯誤示例：

char src[] = "Hello World";
char dest[5];
strcpy(dest, src); // 錯誤：dest 空間不足

正確示例：

char src[] = "Hello World";
char dest[20];
strcpy(dest, src); // 正確：dest 空間足夠

2. 字符串的終止符 \0

在處理字符串時，必須確保字符串以終止符 \0 結尾。否則，可能會導致未定義行為，例如在使用 strlen() 或 printf() 時，程序可能會讀取超出字符串范圍的內存。

錯誤示例：

char str[5] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
printf("%s\n", str); // 錯誤：str 沒有終止符

正確示例：

char str[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
printf("%s\n", str); // 正確：str 有終止符

3. 避免使用 gets() 函數

gets() 函數用于從標準輸入讀取一行字符串，但它不會檢查目標緩沖區的大小，容易導致緩沖區溢出。因此，gets() 函數已經被廢棄，建議使用更安全的替代函數，如 fgets()。

錯誤示例：

char str[20];
gets(str); // 錯誤：容易導致緩沖區溢出

正確示例：

char str[20];
fgets(str, sizeof(str), stdin); // 正確：更安全的替代

4. 字符串函數的返回值

在使用字符串函數時，需要注意它們的返回值。例如，strcpy() 和 strcat() 返回目標字符串的首地址，而 strcmp() 返回一個整數值。正確使用返回值可以避免潛在的錯誤。

示例：

char str1[20] = "Hello";
char str2[] = "World";
char *result = strcat(str1, str2);
printf("%s\n", result); // 輸出：HelloWorld

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拓展應用

1. 字符串反轉

字符串反轉是一個常見的應用場景，可以通過字符串操作函數實現。以下是一個簡單的字符串反轉函數：

#include <stdio.h>
#include <string.h>void reverse_string(char *str) {int length = strlen(str);for (int i = 0; i < length / 2; i++) {char temp = str[i];str[i] = str[length - i - 1];str[length - i - 1] = temp;}
}int main() {char str[] = "Hello";reverse_string(str);printf("%s\n", str); // 輸出：olleHreturn 0;
}

2. 字符串加密

字符串加密可以通過簡單的字符替換實現。以下是一個簡單的加密函數，將每個字符向后移動一個位置（字母表循環）：

#include <stdio.h>
#include <string.h>void encrypt_string(char *str) {int length = strlen(str);for (int i = 0; i < length; i++) {if (str[i] >= 'a' && str[i] <= 'z') {str[i] = (str[i] - 'a' + 1) % 26 + 'a';} else if (str[i] >= 'A' && str[i] <= 'Z') {str[i] = (str[i] - 'A' + 1) % 26 + 'A';}}
}int main() {char str[] = "Hello";encrypt_string(str);printf("%s\n", str); // 輸出：Ifmmpreturn 0;
}

3. 字符串分割

字符串分割可以通過 strtok() 函數實現。以下是一個簡單的字符串分割示例，將字符串按空格分割：

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {char str[] = "Hello World This is C";char *token = strtok(str, " ");while (token) {printf("%s\n", token);token = strtok(NULL, " ");}return 0;
}

4. 字符串去重

字符串去重可以通過遍歷字符串并刪除重復字符實現。以下是一個簡單的字符串去重函數：

#include <stdio.h>
#include <string.h>void remove_duplicates(char *str) {int length = strlen(str);for (int i = 0; i < length; i++) {for (int j = i + 1; j < length; j++) {if (str[i] == str[j]) {for (int k = j; k < length - 1; k++) {str[k] = str[k + 1];}length--;j--;}}}
}int main() {char str[] = "aabbccddeeff";remove_duplicates(str);printf("%s\n", str); // 輸出：abcdefreturn 0;
}

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總結

字符串操作函數是C語言中非常重要的工具，它們可以幫助我們高效地處理字符串。
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