练习9：数组和字符串

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小牛编辑

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2023-12-01

上一个练习中，我们学习了如何创建基本的数组，以及数组如何映射为字符串。这个练习中我们会更加全面地展示数组和字符串的相似之处，并且深入了解更多内存布局的知识。

这个练习向你展示了C只是简单地将字符串储存为字符数组，并且在结尾加上'\0'（空字符）。你可能在上个练习中得到了暗示，因为我们手动这样做了。下面我会通过将它与数字数组比较，用另一种方法更清楚地实现它。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int numbers[4] = {0};
    char name[4] = {'a'};

    // first, print them out raw
    printf("numbers: %d %d %d %d\n",
            numbers[0], numbers[1],
            numbers[2], numbers[3]);

    printf("name each: %c %c %c %c\n",
            name[0], name[1],
            name[2], name[3]);

    printf("name: %s\n", name);

    // setup the numbers
    numbers[0] = 1;
    numbers[1] = 2;
    numbers[2] = 3;
    numbers[3] = 4;

    // setup the name
    name[0] = 'Z';
    name[1] = 'e';
    name[2] = 'd';
    name[3] = '\0';

    // then print them out initialized
    printf("numbers: %d %d %d %d\n",
            numbers[0], numbers[1],
            numbers[2], numbers[3]);

    printf("name each: %c %c %c %c\n",
            name[0], name[1],
            name[2], name[3]);

    // print the name like a string
    printf("name: %s\n", name);

    // another way to use name
    char *another = "Zed";

    printf("another: %s\n", another);

    printf("another each: %c %c %c %c\n",
            another[0], another[1],
            another[2], another[3]);

    return 0;
}

在这段代码中，我们创建了一些数组，并对数组元素赋值。在numbers中我们设置了一些数字，然而在names中我们实际上手动构造了一个字符串。

你会看到什么

当你运行这段代码的时候，你应该首先看到所打印的数组的内容初始化为0值，之后打印初始化后的内容：

$ make ex9
cc -Wall -g    ex9.c   -o ex9
$ ./ex9
numbers: 0 0 0 0
name each: a   
name: a
numbers: 1 2 3 4
name each: Z e d
name: Zed
another: Zed
another each: Z e d
$

你会注意到这个程序中有一些很有趣的事情：

我并没有提供全部的4个参数来初始化它。这是C的一个简写，如果你只提供了一个元素，剩下的都会为0。
numbers的每个元素被打印时，它们都输出0。
names的每个元素被打印时，只显示了第一个元素'a'，因为'\0'是特殊字符而不会显示。
然后我们首次打印names，打印出了"a"，因为在初始化表达式中，'a'字符之后的空间都用'\0'填充，是以'\0'结尾的有效字符串。
我们接着通过手动为每个元素赋值来建立数组，并且再次把它打印出来。看看他们发生了什么改变。现在numbers已经设置好了，看看names字符串如何正确打印出我的名字。
创建一个字符串也有两种语法：第六行的char name[4] = {'a'}，或者第44行的char *another = "name"。前者不怎么常用，你应该将后者用于字符串字面值。

注意我使用了相同的语法和代码风格来和整数数组和字符数组交互，但是printf认为name是个字符串。再次强调，这是因为对C语言来说，字符数组和字符串没有什么不同。

最后，当你使用字符串字面值时你应该用char *another = "Literal"语法，它会产生相同的东西，但是更加符合语言习惯，也更省事。

如何使它崩溃

C中所有bug的大多数来源都是忘了预留出足够的空间，或者忘了在字符串末尾加上一个'\0'。事实上，这些bug是非常普遍并且难以改正的，大部分优秀的C代码都不会使用C风格字符串。下一个练习中我们会学到如何彻底避免C风格字符串。

使这个程序崩溃的的关键就是拿掉字符串结尾的'\0'。下面是实现它的一些途径：

删掉name的初始化表达式。
无意中设置name[3] = 'A'，于是它就没有终止字符了。
将初始化表达式设置为{'a','a','a','a'}，于是就有过多的'a'字符，没有办法给'\0'留出位置。

试着想出一些其它的办法让它崩溃，并且在Valgrind下像往常一样运行这个程序，你可以看到具体发生了什么，以及错误叫什么名字。有时Valgrind并不能发现你犯的错误，则需要移动声明这些变量的地方看看是否能找出错误。这是C的黑魔法的一部分，有时变量的位置会改变bug。

附加题

将一些字符赋给numbers的元素，之后用printf一次打印一个字符，你会得到什么编译器警告？
对names执行上述的相反操作，把names当成int数组，并一次打印一个int，Valgrind会提示什么？
有多少种其它的方式可以用来打印它？
如果一个字符数组占四个字节，一个整数也占4个字节，你可以像整数一样使用整个name吗？你如何用黑魔法实现它？
拿出一张纸，将每个数组画成一排方框，之后在纸上画出代码中的操作，看看是否正确。
将name转换成another的形式，看看代码是否能正常工作。