深入理解C指針（五）：指針與字符串完整指南

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深入理解C指針（五）：指針與字符串完整指南

字符串是C語言中使用最頻繁、也是Bug高發區的數據類型。本文系統梳理字符串的內存模型、初始化方式、標準庫操作、函數傳遞返回、命令行參數處理、函數指針應用，助你構建清晰的字符串編程心智模型。

一、基礎概念：字符串在內存中的真相

定義：以\0（NUL，ASCII 0）結尾的字符序列。char*指向首字符，長度不含\0，分配空間需+1。
兩類字符串：單字節char*、寬字符wchar_t*（16/32位，支持國際化）。
三種聲明方式：
1. 字符串字面量："hello"，存儲在只讀字面量池，多次使用同一文面量通常共享一份副本。不可修改，修改導致未定義行為。
2. 字符數組：char str[] = "hello"; 或 char str[10] = "hi";。存儲在棧（局部）或全局/靜態區，可修改，大小固定。
3. 字符指針：char *p = "hello"; 指向字面量池（只讀）；char *p = malloc(...); strcpy(p, "hello"); 指向堆，可修改、可擴展、需手動free。
sizeof vs strlen：sizeof(arr)返回數組總字節數（含\0）；sizeof(ptr)返回指針大小（4/8字節）；strlen(str)返回邏輯長度（不含\0）。

二、標準字符串操作（`<string.h>`）

函數	原型	關鍵點
比較	`int strcmp(const char, const char)`	返回0相等，<0 s10 s1>s2。絕不可用 `ptr1 == ptr2` 比較內容。
複製	`char* strcpy(char* dest, const char* src)`	含`\0`整體複製。dest必須有足夠空間。安全版`strncpy`不保證以`\0`結尾。
拼接	`char* strcat(char* dest, const char* src)`	將src接到dest末尾（覆蓋dest的`\0`）。dest需預留足夠空間。常見錯誤：`strcat(str1, str2)`未分配新空間導致溢出。
長度	`size_t strlen(const char*)`	掃描至`\0`，O(n)。

三、動態內存管理字符串模式

// 讀取任意長度行，動態擴容
char* readLine() {
    size_t cap = 16, len = 0;
    char *buf = malloc(cap), *p = buf;
    int ch;
    while ((ch = getchar()) != '\n' && ch != EOF) {
        if (len + 1 >= cap) { // +1 for \0
            cap *= 2;
            char *nb = realloc(buf, cap);
            if (!nb) { free(buf); return NULL; }
            p = nb + (p - buf); // 維持相對偏移
            buf = nb;
        }
        *p++ = ch; len++;
    }
    *p = '\0';
    return buf; // 調用者負責 free
}

四、函數傳遞與返回字符串

傳入：void func(const char* s)（只讀）或 void func(char* buf, size_t n)（輸出緩衝區）。數組名退化為指針傳遞。
返回：
1. 字面量/靜態緩衝區：const char* getMsg() { return "static"; } 線程不安全，多次調用覆蓋。
2. 動態分配：char* dup(const char* s) { char* p=malloc(strlen(s)+1); strcpy(p,s); return p; } 調用者必須 free，文檔需明確說明。
3. 調用者提供緩衝區：void format(char* out, size_t n, ...) 最安全，無所有權轉移。
禁忌：返回局部數組指針（棧幀銷毀後失效）。

五、命令行參數：`main(int argc, char** argv)`

argc：參數個數（含程序名）。
argv：指針數組，argv[0]為程序路徑，argv[1..argc-1]為實際參數。
參數以空格分隔，含空格的參數需用引號包裹：./prog "hello world" 42 → argv[1]="hello world"。

六、函數指針與字符串：實現策略模式

// 比較器類型
typedef int (*CmpFunc)(const char*, const char*);

// 忽略大小寫比較
int cmpIgnoreCase(const char* a, const char* b) {
    char *la = strToLower(a), *lb = strToLower(b);
    int r = strcmp(la, lb);
    free(la); free(lb);
    return r;
}

// 通用排序
void sortStrings(char* arr[], int n, CmpFunc cmp) {
    for (int i=0; i 0) {
                char* t = arr[j]; arr[j] = arr[j+1]; arr[j+1] = t;
            }
}

// 使用
char* names[] = {"Jack","rose","TITANIC"};
sortStrings(names, 3, strcmp);         // 區分大小寫
sortStrings(names, 3, cmpIgnoreCase);  // 忽略大小寫

函數指針使算法與比較策略解耦，是C語言實現多態、回調、插件架構的核心機制。