练习9：数组和字符串

原文：Exercise 9: Arrays And Strings

译者：飞龙

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。

  1. #include <stdio.h>
  3. int main(int argc, char *argv[])
  4. {
  5.     int numbers[4] = {0};
  6.     char name[4] = {'a'};
  8.     // first, print them out raw
  9.     printf("numbers: %d %d %d %d\n",
  10.             numbers[0], numbers[1],
  11.             numbers[2], numbers[3]);
  13.     printf("name each: %c %c %c %c\n",
  14.             name[0], name[1],
  15.             name[2], name[3]);
  17.     printf("name: %s\n", name);
  19.     // setup the numbers
  20.     numbers[0] = 1;
  21.     numbers[1] = 2;
  22.     numbers[2] = 3;
  23.     numbers[3] = 4;
  25.     // setup the name
  26.     name[0] = 'Z';
  27.     name[1] = 'e';
  28.     name[2] = 'd';
  29.     name[3] = '\0';
  31.     // then print them out initialized
  32.     printf("numbers: %d %d %d %d\n",
  33.             numbers[0], numbers[1],
  34.             numbers[2], numbers[3]);
  36.     printf("name each: %c %c %c %c\n",
  37.             name[0], name[1],
  38.             name[2], name[3]);
  40.     // print the name like a string
  41.     printf("name: %s\n", name);
  43.     // another way to use name
  44.     char *another = "Zed";
  46.     printf("another: %s\n", another);
  48.     printf("another each: %c %c %c %c\n",
  49.             another[0], another[1],
  50.             another[2], another[3]);
  52.     return 0;
  53. }

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：

  1. $ make ex9
  2. cc -Wall -g    ex9.c   -o ex9
  3. $ ./ex9
  4. numbers: 0 0 0 0
  5. name each: a   
  6. name: a
  7. numbers: 1 2 3 4
  8. name each: Z e d
  9. name: Zed
  10. another: Zed
  11. another each: Z e d
  12. $

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。