sizeof,strlen,数组,字符串整在一起的那些坑

对于初学者来说,sizeof,strlen,数组,字符串整在一起是痛苦的,它总能在某些莫名其妙的时候整一个措手不及。本文看看它们在一起能挖什么坑。

例子

在说明这些问题之前,先看一段代码,看看你是否都理解了。(注:以下代码结果为编译为64位程序后运行结果)

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//来源:公众号【编程珠玑】
#include <stdio.h>
#include <string.h>
void testArr(const char str[])
{
printf("%lu %lu\n", sizeof(str), strlen(str));
}
int main(void)
{
/*test 0*/
char str[] = "hello";
printf("test0 %lu %lu\n\n", sizeof(str), strlen(str)); //6 5
/*test 1*/
char str1[8] = "hello";
printf("test1 %lu %lu\n\n", sizeof(str1), strlen(str1)); //8 5
/**test 2*/
char str2[] = {'h','e','l','l','o'};
printf("test2 %lu %lu\n\n", sizeof(str2), strlen(str2)); //5 10
/**test 3*/
char *str3 = "hello";
printf("test3 %lu %lu\n\n", sizeof(str3), strlen(str3)); //8 5
/*test 4*/
char str4[] = "hello";
testArr(str4);//8 5
/*test 5*/
char str5[] = "hell\0o";
printf("test5 %lu %lu\n", sizeof(str5), strlen(str5)); //7 4
/*test 6*/
char str6[10] = {0};
printf("test6 %lu %lu\n\n", sizeof(str6), strlen(str6)); //10 0
/*test 7*/
char str7[5] = "hello";
printf("test7 %lu %lu\n\n", sizeof(str7), strlen(str7)); //5 10
/*test 8*/
char str8[5] = {0};
strncpy(str8,"hello",5);
printf("%s\n",str8);//hellohello
return 0;
}

特别注意观察test2和test7。
在解释这些测试之前,先复习以下sizeof,strlen以及数组的内容。

sizeof

首先需要明确的是,sizeof是操作符,即它并不是函数,它的作用对象是数据类型,因此,它作用于变量时,也是对其类型进行操作。得到的结果是该数据类型占用空间大小,即size_t类型。
例如:

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struct test
{
int a;
char b;
};
sizeof(int);//得到4
sizeof(test);//4字节对齐时,得到8

需要注意的是,它在计算数据类型占用空间大小时,会考虑字节对齐,关于字节对齐,可以参考《理一理字节对齐的那些事》。
另外sizeof的时间复杂度是O(1)。

strlen

strlen是函数

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size_t strlen(const char *s);

它用于计算字符串的长度。它的计算原则是:
从参数s所指向的内存开始向下计数,直到内存中的内容是0(即’\0’)(参考《NULL,0,你真的分得清吗》)为止。
例如:

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//来源:公众号【编程珠玑】
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
char *p = "hello";
printf("%lu\n",strlen(p));//得到5
return 0;
}

这里字符串hello的长度就是5,但是占用空间是多少呢?

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sizeof("hello");//得到6

是6,而不是5。
注:strlen的时间复杂度为O(N)。

数组

关于数组,更多内容可以参考《数组之谜

字符串

字符串是以’\0’结尾的字符数组。

解析

实际上了解以上内容之后,很多问题迎刃而解。

test0

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char str[] = "hello";
printf("test0 %lu %lu\n\n", sizeof(str), strlen(str)); //6 5

上面的初始化方法等价于下面的方式:

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char str[] = {'h','e','l','l','o','\0'};

它实际上就是一个字符数组,只不过上面这种赋值方式会在末尾加上’\0’。

既然如此,那么用sizeof求得占用空间大小也就很明显了是6。而strlen是遇到’\0’,就结束,因此其求得长度为5。

test1

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/*test 1*/
char str1[8] = "hello";
printf("test1 %lu %lu\n\n", sizeof(str1), strlen(str1)); //8 5

test1类似,只不过它占用空间是8,而长度仍然是5。

test2

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/**test 2*/
char str2[] = {'h','e','l','l','o'};
printf("test2 %lu %lu\n\n", sizeof(str2), strlen(str2)); //5 10

sizeof求str2的大小很明显是5,而为啥那么strlen得到的是10呢?还记得strlen的原则吗,遇到’\0’则结束,但是,’\0’在哪里?至少我在str2中没有看到,所以你可能看到的结果是10,也可能是另外一个莫名其妙的值,甚至可能导致程序崩溃。

test3

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/**test 3*/
char *str3 = "hello";//最后有一个”隐形“的'\0'
printf("test3 %lu %lu\n\n", sizeof(str3), strlen(str3)); //8 5

为什么前者是8?很显然,str3并不是一个数组,而是一个字符指针,既然是指针类型,自然占着指针的大小,而64位程序中,它的大小就是你看到的8。后者还是从str3指向的地址开始,直到遇到’\0’,即得到长度5。

test4

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/*test 4*/
char str4[] = "hello";
testArr(str4);//8 5

这在《数组之谜》中也提到过,当数组作为参数时,实际上只是一个指针,所以用sizeof计算时,会得到8。

test5

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/*test 5*/
char str5[] = "hell\0o";
printf("test5 %lu %lu\n", sizeof(str5), strlen(str5)); //7 4

同理,str5的初始化等价于下面:

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char str5[] = {'h','e'.'l','l','\0','o','\0'};

所以不用解释你也明白,sizeof得到的结果是7。而strlen遇到第一个’\0’就停止继续计算了,因此得到4。

test6

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/*test 6*/
char str6[10] = {0};
printf("test6 %lu %lu\n\n", sizeof(str6), strlen(str6)); //10 0

相信这个也好理解,占用空间10,但是由于都是0,因此strlen得到长度位0。

test7

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/*test 7*/
char str7[5] = "hello";
printf("test7 %lu %lu\n\n", sizeof(str7), strlen(str7)); //5 10

这也是非常危险的,占用空间是5,它没有空间容纳最后的’\0’,y因此导致strlen计算的结果和test2一样,可能会是任意值。

test8

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/*test 8*/
char str8[5] = {0};
strncpy(str8,"hello",5);
printf("%s\n",str8);//hellohello

这里在实际编程中最容易遇到的问题之一,数组大小位5,但是拷贝了5个字节大小的数据。如果你把它当成字符数组使用也没什么问题,但是由于它最后没有空间去容纳’\0’,因此你使用strlen,或者使用printf去打印的时候,可能发生难以预料的结果。

所以你可能会在你的项目代码中看到类似这样的写法,将字符数组的最后一个位置赋值为0:

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str8[4] = '\0';

总结

文本关键点如下:

  • sizeof计算类型占用空间大小,时间复杂度O(1)
  • sizeof计算大小时会考虑字节对齐
  • strlen计算字符串长度,时间复杂度O(N)
  • strlen作用对象是字符串(以’\0’结尾)
  • strlen遇到’\0’作罢,如果没有遇到,则不可预料
  • 格外小心数组作为参数

另外注意下面两种方式hello存储的区域不一致:

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char str[] = "hello";
char *str2 = "hello";//存储在数据区,只读

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