C++ C 风格字符串

阅读早期 C++ 项目代码或调用 C 语言函数库时，我们经常会看到另一种字符串写法：char str[] = "lvye";。

这种使用 char 字符数组来保存文本的方式，通常称为 “C 风格字符串”。它源自 C 语言的字符串表示方法，C++ 为了兼容 C 语言，也一直保留着这种写法。

C 风格字符串的定义

在 C++ 中，C 风格字符串本质上就是一个普通的数组，数组元素全都是 char 字符，并且末尾必须有一个空字符 '\0' 作为结束标志。

语法：

char 字符串名[] = "字符串内容";

说明：

当编译器遇到使用英文双引号括起来的字符串字面量时，不仅会把双引号里的字符依次放进 char 数组，还会在末尾自动补上一个空字符 '\0'。以 char str[] = "lvye"; 为例，它在内存中的存储结构如下表所示。

示例 1：定义 C 风格字符串

#include <iostream>

int main() {
    char message[] = "Hello, C++!";
    std::cout << message << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

Hello, C++!

分析：

char message[] = "Hello, C++!"; 表示定义了一个字符数组，双引号里的字符会依次存入数组，末尾还会自动补上 '\0'。当 std::cout 输出 message 时，会从首字符开始往后打印，直到遇到 '\0' 停止。

由于 C 风格字符串本质上还是数组，我们同样可以通过下标来访问或修改里面的单个字符，比如 message[0] 就代表首字符 'H'。如果要定义一个保存 "lvye" 的 C 风格字符串，下面 2 种方式是等价的：

// 方式 1（推荐）
char str[] = "lvye";

// 方式 2
char str[] = {'l', 'v', 'y', 'e', '\0'};

其中，方式 1 使用双引号字面量，编译器会自动在末尾补上 '\0'。而方式 2 使用花括号逐个列出字符，必须由我们手动写上 '\0'。在实际开发中，我们一般都使用方式 1，既简单直观，又不会漏写结尾的结束符。

字符串结束标志 \0

C 风格字符串最关键的地方，就是末尾那个空字符 '\0'。因为 char 数组本身不会单独记录文本有多长，C++ 在处理 C 风格字符串时，全靠寻找 '\0' 来判断字符串在哪里结束。

这里小伙伴们可别把空字符 '\0' 和数字字符 '0' 搞混了。'\0' 是一种转义字符，它在底层的编码值为 0，不会在屏幕上显示任何内容。而 '0' 是平时看到的数字字符 “0”，对应的 ASCII 码为 48，两者不是一回事。

1. 区分 sizeof 与 std::strlen()

如果想知道一个 C 风格字符串里实际包含多少个有效字符，我们可以使用 <cstring> 头文件中的 std::strlen() 函数，并结合 sizeof 运算符来验证末尾隐藏的 '\0'。

语法：

#include <cstring>

std::strlen(字符数组)

说明：

其中，strlen 是 “string length（字符串长度）” 的缩写。std::strlen() 会从字符数组的开头逐个往后统计，直到遇到 '\0' 为止，返回 '\0' 之前的有效字符个数，不包含 '\0' 本身。

示例 2：有效长度与数组大小

#include <cstring>
#include <iostream>

int main() {
    char word[] = "lvye";

    std::cout << "有效字符数：" << std::strlen(word) << '\n';
    std::cout << "数组总字节数：" << sizeof(word) << '\n';
    std::cout << "下标 4 是否为空字符：" << (word[4] == '\0') << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

有效字符数：4
数组总字节数：5
下标 4 是否为空字符：1

分析：

从运行结果可以看出，"lvye" 中可见的英文字母有 4 个，所以 std::strlen(word) 的结果是 4。而 sizeof(word) 统计的是整个数组占用的总字节数，会把末尾隐藏的 '\0' 也算进去，因此结果是 5。

同时，第三行 word[4] == '\0' 的比较结果为 true，控制台打印为 1，这也证实了下标 4 的位置保存的正是空字符 '\0'。

因此，我们在定义 C 风格字符串时如果手动指定了数组长度，就必须把末尾 '\0' 的位置也预留出来。也就是说，数组长度至少要比可见字符数大 1 才行：

// 正确方式
char a[5] = "lvye";
char b[10] = "lvye";

// 错误方式
char c[4] = "lvye";

上面代码中，"lvye" 加上末尾的 '\0' 一共需要 5 个位置，写成 char c[4] 放不下结束符，编译时就会直接报错。如果没有固定的容量需求，直接写成 char a[] = "lvye"; 让编译器自动计算长度会更加省心。

2. 遇到 \0 停止处理

接下来我们再看一个例子，直观感受一下 “遇到 '\0' 就认为字符串结束” 的规则。

示例 3：遇到 \0 停止输出

#include <iostream>

int main() {
    char text[] = {'l', 'v', 'y', 'e', '\0', 'X', 'Y'};

    std::cout << text << '\n';
    std::cout << text[5] << text[6] << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

lvye
XY

分析：

在这个例子中，text 数组存了 7 个字符，通过 text[5] 和 text[6] 依然能取出 'X' 和 'Y'。但当 std::cout 把 text 当作字符串输出时，遇到下标 4 的 '\0' 就会立即停止，因此第一行只输出了 lvye。

反过来，并不是所有的 char 数组都是 C 风格字符串。比如 char letters[] = {'O', 'K'}; 末尾没有写上 '\0'，它就只是一个普通的字符数组，而不是 C 风格字符串。

与 std::string 的对比

C++ 保留 C 风格字符串，主要是为了兼容传统的 C 语言函数库和系统底层接口。在日常编写现代 C++ 程序时，处理文本我们推荐优先选择 std::string。

相比 std::string，C 风格字符串本质上是固定长度的原生数组，日常使用主要有以下 2 个不便之处：

• 容量固定且需要手动管理：定义数组时一旦确定了大小，后续就无法自动扩容，拼接长文本时如果空间算小了很容易引发内存越界。
• 不支持直接整体赋值或拼接：数组创建完成后，不能直接使用等号（=）整体赋一段新文本，也不能直接使用加号（+）把两个字符数组拼在一起，而必须借助 <cstring> 中的 std::strcpy()、std::strcat() 等传统函数。

比如像下面这样直接对已定义好的字符数组重新赋一段文本，编译时就会直接报错：

char site[] = "lvye";
site = "lvyenet";

在实际开发中，平时处理字符串统一使用 std::string 即可。如果遇到传统函数要求传入 C 风格字符串，可以调用 c_str() 函数进行转换，后面在 “C++ string 与 char 数组互转” 一节中会详细介绍。