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C 語言字串工具類完整實作：動態擴容、增刪改查一站式

編輯：關於C

設計目標

C 標準庫字串操作函數（strcat、strcpy 等）缺乏邊界檢查，易導致緩衝區溢位。本工具類 CString 封裝動態記憶體管理，提供安全、自動擴容的字串操作介面，適合嵌入式或無 C++ STL 環境的專案。

資料結構

typedef struct {
    char *p;          // 字串資料指標
    int   reallength; // 目前配置的總容量（含結尾 \0）
} CString;

typedef CString MyString;  // 簡短別名

核心介面

函數	功能
`init(s)`	初始化為空字串
`initWithLength(s, len)`	預分配指定容量並清零
`initWithString(s, src)`	複製現有字串初始化
`backAddChar(s, ch)`	尾部追加單一字元
`backAddString(s, str)`	尾部追加字串
`addChar(s, ch, pos)`	在指定位置插入字元
`addString(s, str, pos)`	在指定位置插入字串
`findFirstChar(s, ch)`	尋找首個字元位址
`findFirstString(s, str)`	尋找首個子字串位址
`deleteFirstChar(s, ch)`	刪除首個匹配字元
`deleteFirstString(s, str)`	刪除首個匹配子字串
`changeFirstChar(s, old, new)`	替換首個匹配字元
`changeFirstString(s, old, new)`	替換首個匹配子字串
`printfString(s)`	列印字串內容
`run(s)`	將字串視為系統指令執行

關鍵實作細節

1. 自動擴容機制

void backAddString(MyString *s, char *str) {
    int curLen = myStrlen(s->p);
    int addLen = myStrlen(str);
    if (curLen + addLen + 1 > s->reallength) {
        int need = curLen + addLen + 1 - s->reallength;
        s->p = (char *)realloc(s->p, s->reallength + need);
        s->reallength += need;
    }
    myStrcat(s->p, str);  // 安全拼接
}

同樣邏輯應用於 addString、addChar，確保永不越界。

2. 記憶體搬移實現插入/刪除

// 插入字串：從尾部向前搬移騰出空間
for (int i = curLen; i >= curLen - moveLen; --i)
    s->p[i + insLen] = s->p[i];
for (int j = 0; j < insLen; ++j)
    s->p[curLen - moveLen + j] = str[j];

// 刪除字串：從刪除點向前覆蓋
char *p = findPos, *q = p + delLen;
while (*q) *p++ = *q++;
*p = '\0';

3. 手工實現標準庫函數（教學用）

int myStrlen(char *p) { int len=0; while(*p++) len++; return len; }
char *myStrcpy(char *dst, const char *src) { char *ret=dst; while(*src) *dst++=*src++; *dst='\0'; return ret; }
char *myStrcat(char *dst, const char *src) { char *ret=dst; while(*dst) dst++; while(*src) *dst++=*src++; *dst='\0'; return ret; }
char *myStrchr(const char *s, char c) { while(*s) if(*s==c) return (char*)s; else s++; return NULL; }
char *myStrstr(const char *hay, const char *needle) { /* 雙重迴圈暴力比對 */ }

※ 實際專案建議直接使用標準庫 string.h，此處僅供演示原理。

使用範例

int main() {
    MyString s;
    initWithString(&s, "note");
    backAddString(&s, "padnotepadnotepad");  // 自動擴容
    
    while (findFirstString(&s, "notepad")) {
        changeFirstString(&s, "notepad", "123456789");  // 替換所有
    }
    printfString(&s);  // 輸出: 123456789pad123456789pad123456789
    
    free(s.p);  // 記得釋放
    return 0;
}

優缺點與改進方向

優點	缺點 / 待改進
介面直觀，涵蓋常見操作	非執行緒安全
自動擴容，杜絕緩衝區溢位	頻繁 realloc 可能造成記憶體碎片
純 C 實作，零依賴	未支援 UTF-8 多位元組字元語意操作
程式碼清晰，適合教學	缺少迭代器、比較、分割等高階功能