📝 Strings字符串处理

String operations, file I/O, and memory safety掌握字符串操作、文件处理与内存安全

String Basics in CC语言字符串基础

A C string is a character array terminated by the null character '\0'. This sentinel is fundamental to C string handling. 在 C 语言中，字符串是以null 终止符（'\0'）结尾的字符数组。这是 C 字符串处理的核心特征。

String Memory Representation:字符串内存表示：

"Hello" 在内存中的表示：
+------+------+------+------+------+------+
|  'H' |  'e' |  'l' |  'l' |  'o' | '\0' |
+------+------+------+------+------+------+
  地址0   地址1   地址2   地址3   地址4   地址5

char str1[] = "Hello";      // 自动添加'\0'，长度为6
char str2[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}; // 手动指定
char *str3 = "World";      // 字符串指针
            

⚠️ Common String Pitfalls常见字符串错误

Buffer overflow: string exceeds allocated size缓冲区溢出: 字符串长度超过分配空间
Missing terminator: forgetting '\\0' causes UB缺少终止符: 忘记添加'\\0'导致未定义行为
Wild pointer: using freed string memory野指针: 操作已经释放的字符串内存

String Length Clamping字符串长度限制

Clamping string length is a key Week 1 practice: safely truncate overly long strings. 字符串长度限制是 Week 1 的重要练习：需要安全地截断过长的字符串。

void clamp_string(char *string, int limit) {
    int length = 0;
    
    // 找到字符串的实际长度
    while (string[length] != '\0') {
        length++;
    }
    
    // 如果字符串长度超过限制，截断它
    if (length >= limit) {
        string[limit] = '\0';  // 在limit位置设置终止符
    }
    // 如果字符串已经短于limit，不需要做任何事
}
            

🎯 字符串限制实例

int main() {
    char text[] = "Hello, World!";
    
    printf("原字符串: %s\n", text);
    
    clamp_string(text, 5);
    printf("限制后: %s\n", text);  // 输出: Hello
    
    return 0;
}
                

Filename Suffix Handling文件后缀处理

Handling filenames is a common string task; here we remove the file extension:处理文件名是字符串操作的常见应用，我们需要移除文件扩展名：

#include 
#include 

void remove_file_suffix(char *filename) {
    int length = strlen(filename);
    int dot_position = -1;
    
    // 从后往前查找最后一个点号
    for (int i = length - 1; i >= 0; i--) {
        if (filename[i] == '.') {
            dot_position = i;
            break;
        }
    }
    
    // 如果找到点号且不是第一个字符，移除后缀
    if (dot_position > 0) {
        filename[dot_position] = '\0';
    }
}
            

💡 字符串函数库

The C standard library offers many string functions:C标准库提供了丰富的字符串处理函数：

strlen(): get lengthstrlen(): 获取字符串长度
strcpy(): copy stringstrcpy(): 复制字符串
strcat(): concatenatestrcat(): 连接字符串
strcmp(): comparestrcmp(): 比较字符串
strchr(): find charstrchr(): 查找字符
strstr(): find substringstrstr(): 查找子串

String Concatenation字符串组合

Dynamically creating a new string is an important skill:动态创建新字符串是字符串处理的重要技能：

void strip_newline(char *sentence) {
    int length = strlen(sentence);
    if (length > 0 && sentence[length - 1] == '\n') {
        sentence[length - 1] = '\0';
    }
}

char *combine_sentences(char *sentence1, char *sentence2) {
    // 移除换行符
    strip_newline(sentence1);
    strip_newline(sentence2);
    
    // 计算新字符串长度
    int len1 = strlen(sentence1);
    int len2 = strlen(sentence2);
    
    // 分配内存 (+1 for null terminator)
    char *combined = (char *)malloc(len1 + len2 + 1);
    if (combined == NULL) {
        return NULL;
    }
    
    // 复制并连接字符串
    strcpy(combined, sentence1);
    strcat(combined, sentence2);
    
    return combined;
}
            

⚠️ 内存安全

Always check malloc return value总是检查malloc的返回值
Ensure string ends with '\\0'确保字符串以'\\0'结尾
Avoid buffer overflows避免缓冲区溢出
Free dynamically allocated memory记得释放动态分配的内存

Safe String Input安全字符串输入

Use fgets to safely read input and avoid buffer overflows:使用fgets安全地读取用户输入，避免缓冲区溢出：

#define MAX_LENGTH 100

int main() {
    char filename[MAX_LENGTH];
    
    printf("输入文件名: ");
    if (fgets(filename, MAX_LENGTH, stdin) != NULL) {
        // 移除换行符
        strip_newline(filename);
        
        printf("处理后的文件名: %s\n", filename);
        remove_file_suffix(filename);
        printf("无后缀文件名: %s\n", filename);
    }
    
    return 0;
}
            

💡 fgets vs scanf

fgets(): safe, bounded readfgets(): 安全，可以指定最大读取长度
scanf(): unsafe, may overflowscanf(): 不安全，容易导致缓冲区溢出
gets(): dangerous, deprecatedgets(): 危险，已废弃，绝对不要使用

🎯 Practice & Consolidation练习与巩固

练习1: 字符串反转

Write a function to reverse a string in place:编写一个函数，将字符串原地反转：

void reverse_string(char *str) {
    int length = strlen(str);
    
    // 使用双指针法反转字符串
    // 左指针从开头，右指针从结尾
    // 交换字符并向中间移动
}
                

Answer:答案：

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 - 1 - i];
        str[length - 1 - i] = temp;
    }
}
                    

练习2: 字符串统计

Write a function to count the number of words in a string:编写函数统计字符串中的单词数量：

int count_words(char *str) {
    int count = 0;
    int in_word = 0;  // 是否在单词中
    
    // 遍历字符串，统计单词数量
    // 单词定义：由空格分隔的连续字符
    
    return count;
}
                

Answer:答案：

int count_words(char *str) {
    int count = 0;
    int in_word = 0;
    
    while (*str) {
        if (*str == ' ' || *str == '\t' || *str == '\n') {
            in_word = 0;
        } else if (!in_word) {
            in_word = 1;
            count++;
        }
        str++;
    }
    
    return count;
}
                    

Summary总结

String handling is a fundamental C skill. In this module, you learned:字符串处理是C语言编程的基础技能，本周我们学习了：

String Basics: importance of null terminator字符串基础：null终止符的重要性
Safety: avoid buffer overflows安全操作：避免缓冲区溢出
Length Limits: safe truncation长度限制：安全截断字符串
File Handling: remove suffixes文件处理：移除文件后缀
Dynamic Concatenation: create new strings动态组合：创建新字符串
Memory Management: allocate and free safely内存管理：安全分配和释放

🚀 下一步学习

After mastering strings, you’ve covered most of Week 1. Next, learn arrays to complete the skill set.掌握了字符串处理后，我们已经完成了Week 1的大部分内容。接下来可以学习数组操作来完善技能体系。

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