第8章 第4节：字符串与指针（课件）-《C语言程序设计》（电子工业出版社）上好课

C语言程序设计 电子工业出版社 8.4节：字符串与指针 字符串在内存中的存储方式 使用字符数组和字符指针变量两种方式引用字符串 熟练使用字符指针变量和字符数组编写简单的字符串处理程序 阅读和分析涉及字符串指针的 C 语言代码 培养严谨的逻辑思维和程序调试能力 提升对计算机内存模型的理解和抽象思维能力 知识目标 能力目标 素养目标 01 01 01 学习目标 目录 Part 01 教学导入 Part 02 知识讲授 Part 03 师生互动 Part 04 课堂练习 Part 05 课堂小结 教学导入：一个古老的传说 从前，有一张神秘的藏宝图，上面写着一行奇怪的字符： "X Marks The Spot" 这行字符，就是我们在编程世界里经常打交道的 ——“字符串” 地图的起点，是一个叫做start的地方。你，作为寻宝者，站在起点，手里拿着一个神奇的罗盘。 而这个罗盘，就是我们今天的主角 ——指针 教学导入：寻宝的两种方式 方式一：步步为营 你把地图上的每一个字符都抄在自己的笔记本上，从第一个字符'X'开始，依次查看每一个字符，直到找到最后一个字符't'。 • 你的笔记本就是一个字符数组。 • 你按顺序访问每个字符，就像通过数组下标访问元素。 方式二：直指核心 你使用罗盘，直接定位到地图上第一个字符'X'的位置。然后，罗盘会告诉你下一个字符在哪里，依此类推，直到找到终点。 • 你的罗盘就是一个字符指针。 • 它不存储字符，只存储字符的地址。 今天，我们就来学习这两种寻宝方式：如何通过指针引用字符串！ 知识讲授 字符串与指针 字符串的表示形式 字符数组与字符串指针变量比较 第一部分 字符串的表示形式 知识讲授 知识讲授：字符串的本质 核心定义 在C语言中，字符串是由双引号括起来的字符序列，且在内存中会自动以特殊字符'\0'（ASCII码0）作为结束标志。 结束符 '\0' 的关键作用 它是字符串的“终止标记”，决定了程序从哪里停止读取。像strlen、printf等标准库函数都依赖它来判断字符串的实际有效长度。 存储空间计算 字符串在内存中占用的字节数 = 字符个数 + 1。额外的 1 个字节专门用来存放结束符'\0'，这一点常被初学者忽略。 知识讲授：使用字符数组 ▍ 定义与初始化 字符数组是存储字符串最基础的方式。它本质上是一个char类型的数组，系统会自动在字符串末尾隐式添加结束符'\0'来标志字符串的终止。 // 方式 1：逐个字符手动赋值 (需自行管理长度) char str1[6];// 需预留空间给结束符 str1[0] = 'H'; str1[1] = 'e'; str1[2] = 'l'; str1[3] = 'l'; str1[4] = 'o'; str1[5] = '\0';// 必须手动添加结束符 // 方式 2：直接用字符串常量初始化 (更推荐) char str2[] = "Hello";// 自动添加'\0'，数组长度自动为 6 // 等价于：char str2[6] = {'H','e','l','l','o','\0'}; 知识讲授：如何访问字符数组中的字符串？ 01. 使用数组下标访问 #include <stdio.h> main() { char str[] = "Hello"; while (str[i] != '\0') printf("%c", str[i++]); } 💡 核心逻辑： 通过索引循环，逐一打印字符，直到遇到结束符'\0'。 02. 直接输出整个数组 #include <stdio.h> main() { char str[] = "Hello"; // 使用 %s 格式符直接输出字符串 printf("%s ", str); } ⚡ 更优方案： 利用printf("%s", str)自动遍历并输出，代码更简洁。 重要概念：数组名 str 代表了数组首元素的地址。当使用 printf("%s", str) 时，程序会自动从该地址开始逐个输出字符，直到在内存中检测到字符串结束符 '\0' 才停止。 知识讲授：使用字符指针变量 定义与初始化 我们可以定义一个字符指针变量，让它直接指向一个字符串常量的首地址，从而实现对字符串的访问。 /* 将字符串常量 "Hello" 的首字符 'H' 的地址赋给指针变量 p */ char *p ="Hello"; 关键点：变量p本身存储的是一个内存地址，并不存储字符串内容。而 "Hello" 是字符串常量，通常存储在程序的只读数据区。 知识讲授：字符指针访问字符串的方法 方法 01 · 使用指针移动 #include <stdio.h> main() { char *p = "Hello";//循环直到指针指向的内容是'\0' while (*p != '\0') { printf("%c", *p); //输出当前指向的字符 p++; //指针自增，指向下一个字符 } printf(" ");} 输出结果：Hello 核心逻辑：通过 `*p` 取值，通过 `p++` 移动指针 方法 02 · 直接输出字符串 #include <stdio.h> main() {char *p = "Hello"; /*使用%s格式符直接输出, 它会自动从指针指向的地址开始， 逐个输出直到遇到 '\0' 结束 */ printf("%s ", p); } 输出结果：Hello 核心逻辑：利用 %s 格式符自动处理字符串输出 知识讲授：输出字符串的三种方法 程序文本：输出字符串的三种方法 #include<stdio.h> main() { char string[] ="I love China!";// 初始化字符串 char *p1=NULL,*p2=NULL;int i; // 方法1：下标法 | 方法2：数组名法 | 方法3：指针变量法 for(i=0; string[i]!='\0'; i++) printf("%c", string[i]); /* 逐一访问数组元素 */ printf(" "); for(p1=string; p1<string+13; p1++) printf("%c", *p1); /* 数组名隐式转换为指针 */ printf(" "); for(p2="I love China!"; *p2; p2++) printf("%c", *p2);} /* 指针直接指向常量字符串 */ 知识讲授：输出字符串的三种方法 背诵记忆 字符串引用的两种方式 ▍ 字符数组： `char str[] = "Hello";` • 内容直接存储在数组分配的内存中。 • 数组名 `str` 是地址常量，不可改变指向。 ▍ 字符指针： `char *p = "Hello";` • 指针变量 `p` 存储字符串常量的首地址。 • `p` 是变量，可以灵活指向不同的字符。 `'\0'` 的关键作用 它是 C 语言中字符串结束的唯一标志。在内存中它对应 ASCII 码值为 0 的空字符。 直接决定程序行为： 1.`strlen()`：返回从首地址到 `'\0'` 之前的字符个数，不包含它本身。 2.`printf("%s")`：从起始指针开始输出字符，直到遇到 `'\0'` 停止。 `*` 与 `++` 操作符 `*p` ： 解引用 访问指针变量 `p` 中存储的地址所指向的内存单元内容，即“透过地址找值”。 `p++` ： 指针移动 将指针指向的地址向后移动一个单位。对于 `char*` 类型，即向后移动一个字节，指向内存中的下一个字符。 例题分析：这段代码输出什么？ #include <stdio.h> main() { char str[] = "Programming"; char *p = str; p += 3; printf("%s ", p); } 🔍 一步步拆解逻辑 1. 定义字符数组 `str`，存储字符串 "Programming"。 2. 指针变量`p`被赋值为数组首地址，即指向第一个字符`'P'`。 3. `p += 3`：指针向后移动3个`char`长度，指向第4个字符 `'g'`。 4. `printf` 遇到`%s`会从指针当前指向的地址开始输出，直到遇到`\0`。 💡 核心考点回顾 在 C 语言中，字符串本质上是以 `\0` 结尾的字符数组。 当指针指向字符串时，移动指针即改变了字符串输出的起始位置。这是指针操作中非常经典的基础应用场景，需熟练掌握指针的加减运算含义。 正确输出结果 gramming 例题分析 课堂问答 Q1:字符串 "C Language" 在内存中占用多少个字节？ A. 10 B. 11 C. 12 D. 不确定 Q2:执行 `char *p = "Hello"; p++` 后，`*p` 的值是什么？ A. 'H' B. 'e' C. 地址值 D. 不确定 答案：C. 12 解析："C Language" 包含11个可见字符，在C语言中字符串是以 `'\0'` 作为结束标志的，这个结束符也占用一个字节，所以总共占用12个字节。 答案：B. 'e' 解析：指针变量 `p` 初始指向字符串常量 `"Hello"` 的第一个字符 `'H'` 的地址。执行 `p++` 后，指针向后移动一个 `char` 类型的长度（即1个字节），指向了第二个字符 `'e'` 的地址。`*p` 是取指针指向的内容，因此结果是 `'e'`。 课堂练习（一）：字符串逆序输出 题目要求 请编写一个 C 语言程序，核心要求是： • 必须使用字符指针 (char*)实现 • 处理输入字符串:"Hello World" • 将其完全逆序并打印输出 预期输出 程序运行后，控制台应打印： dlroW olleH 解题思路提示 Step 1. 定位终点 利用指针遍历，直到找到字符串结束标志'\0'。 Step 2. 逆向遍历 回退指针指向最后一个有效字符，然后通过递减指针，从后向前逐个输出字符。 课堂练习（一）：字符串逆序输出 程序文本：字符串逆序输出 #include<stdio.h> main() { char str[]="Hello World"; char *p = str; // 步骤1：让指针p指向字符串末尾的'\0' while(*p!='\0') { p++; } // 步骤2：回退一步指向最后一个有效字符 p- -; // 步骤3：从后向前输出直到开头 while(p >= str) { printf("%c", *p); p- -; } } 课堂练习（一）：字符串逆序输出 课堂练习（二）：统计字符个数 题目要求 不使用strlen函数，使用字符指针编写一个程序，统计以下字符串中包含的字符个数（注意：不包含字符串结束符 '\0'）： "Pointer is powerful" 预期输出 The length is:19 解题思路 01. 初始化：定义并初始化一个整型变量 count 为 0，作为字符计数器。 02. 循环遍历：利用 while 循环，让指针不断后移，判断指针指向的内容是否为 '\0'。每访问一个有效字符，计数器加 1。 课堂练习（二）：统计字符个数 程序文本：统计字符个数 #include<stdio.h> main() { char str[ ]="Pointer is powerful"; char *p = str; int count = 0; // 遍历字符串，直到遇到结束符 while(*p != '\0') { count++;// 计数器加1 p++;// 指针指向下一个字符 } printf("The length is: %d ", count); } 课堂练习（二）：统计字符个数 第二部分 知识讲授 字符数组与字符串指针变量比较 知识讲授 知识讲授：字符指针 vs 字符数组 ? 我们已经学习了两种引用字符串的方式。它们可以互相替代吗？在什么情况下该用哪一种？ char str[] = "Hello"; 字符数组 char *p = "Hello"; 字符指针 这节课，我们将深入剖析它们之间的区别。 区别一：存储内容与位置不同 char str[] = "Hello"; 📦 存储内容：数组 `str` 在栈区分配连续内存，直接存储字符内容（含结束符 `'\0'`）。 💡 核心本质：是一个字符集合，本身就是内容的载体。 char *p = "Hello"; 📍 存储内容：指针变量 `p` 存储的是一个地址值，指向存储在只读数据区的字符串常量。 💡 核心本质：是一个地址，它只是指向内容的“路标”。 区别二：赋值操作的灵活性不同 字符数组 初始化可以，但整体赋值不行！ // 正确：初始化时赋值 char str[10] = "Hello"; // ❌ 错误：不能用赋值语句给数组整体赋值 str = "Hi"; // 数组名str是地址常量，无法被赋值 字符指针 非常灵活，可以随时改变指向！ // 正确：初始化指向字符串常量 char *p = "Hello"; // ✅ 正确：指向另一个字符串常量 p = "Hi"; // 改变指针变量的指向 核心结论：指针本质是一个变量，存储内存地址，所以可以随时重新赋值改变指向；而数组名是一个地址常量，其值不可修改。 区别三：内容的可修改性不同 字符数组：内容通常可修改 char str[] = "Hello"; str[0] = 'h'; // 正确！此时 str 内容变为 "hello" // 数组空间分配在栈上，可读可写 ✅ 原因：字符数组在栈上分配了独立且连续的内存空间，属于程序运行时的“可写”区域，所以可以通过下标自由修改其中的字符。 字符指针：指向常量通常不可修改！ char *p = "Hello"; *p = 'h'; // ❌ 严重错误！程序可能崩溃 // "Hello" 是只读内存中的字符串常量 🚫 原因：指针指向的字符串常量存储在程序的“只读数据区”(RODATA)。尝试写入只读内存会触发操作系统的内存保护机制，导致程序异常终止。 重要提醒：在C语言开发中，请务必养成习惯，切勿尝试修改字符指针指向的字符串常量内容！ 区别四：初始化细节 字符数组 // 显式指定大小，但字符串过长 char str[5] = "Hello"; ⚠️警告：字符串长于数组大小，导致截断。 str = {'H','e','l','l','o'},缺少 '\0' 结束符！ 这会导致后续的字符串操作行为未定义。 字符指针 // 指针指向只读数据区的字符串常量 char *p = "Hello"; ✅ 安全：指针 p 仅存储字符串首字符的地址，不关心字符串的实际长度。系统自动维护了结束符。 核心总结： 使用字符数组时，必须手动保证数组的物理空间足够容纳所有字符和结束符 `\0`；而字符指针无需操心内存分配，直接指向字符串存储位置即可。 知识讲授：字符指针 vs 字符数组 程序文本 #include<stdio.h> main() { char str[] ="I am happy!"; char *p="I am student!"; printf("str = %s ", str); printf("p = %s ", p); str[7] = 'H';// 正确，修改数组内容 //*p = 'H'; // 错误！试图修改字符串常量 printf("str = %s ", str); printf("p = %s ", p); } 思考时刻 如果我们在代码中取消对这一行的注释： *p = 'H'; 再次运行程序，你认为会发生什么现象？为什么？ 知识讲授：字符指针 vs 字符数组 背诵记忆 字符数组 `char str[]` 存储内容：存储字符串的内容 存储位置：程序运行时的临时内存区，拥有独立的可写空间 可赋值性：数组名是地址常量，不能被整体赋值或修改指向 灵活性：内容可直接修改，但需注意数组长度限制，防止越界。 字符指针 `char *p` 存储内容：存储字符串的首元素地址 存储位置：指针本身在临时内存区，但它指向的字符串常量通常存放在程序的只读区域 可赋值性：指针变量本身是变量，可随时指向不同的字符串或地址 灵活性：无需担心数组大小限制，指向灵活，但直接修改指向的字符串内容可能引发程序崩溃。 课堂问答 01以下哪种写法可以正确修改字符串的第一个字符为 'x'？ A. char str[] = "test"; str[0] = 'x'; B. char *p = "test"; *p = 'x'; C. char *p; *p = 'x'; D. char str[3] = "test"; str[0] = 'x'; ✅ 正确答案：A • B错误，试图修改只读的字符串常量，会导致程序崩溃。 • C错误，指针 p 未初始化，属于“野指针”，直接赋值非法。 • D错误，数组长度为3，无法容纳"test"及末尾的结束符'\0'。 02`char str[] = "abc";` 和 `char *p = "abc";` 中，`str` 和 `p` 的本质区别是什么？ A. 没区别，都是字符串 B. str 是数组，p 是指针 C. str 是常量，p是变量 D. B 和 C 都对 ✅ 正确答案：D • 数组名 `str` 是地址常量，它的值不能改变，且指向一块可写的内存。 • 指针变量 `p` 是变量，可以指向任何地方，但它指向的是只读的字符串常量区。 • 两者在使用上有很多相似性，但本质完全不同。 例题分析：这段代码有问题吗？ #include <stdio.h> main() { char *p; p[0] = 'H'; p[1] = 'i'; p[2] = '\0'; printf("%s ", p); } 🔍 错误分析 1.野指针风险：定义了指针 `p` 但未初始化，它指向的是随机的、不确定的内存地址。 2.非法写入：直接通过 `p[0]` 向未知地址写入数据，这是非法的内存访问。 3.后果严重：会触发**未定义行为**，最常见的是程序崩溃。 ✅ 正确做法 使用指针前，必须让它指向一块有效的、可写的内存空间。 💡 例如：分配堆内存(malloc) 或 指向内存中已存在的数组/变量。 课堂练习（一）：代码纠错 📝 题目要求 下面的代码试图将字符串 "Hello" 改为 "Jello"，但运行时会出现错误。请找出逻辑错误并修正它。 #include <stdio.h> main() { char *str ="Hello"; str[0] ='J'; printf("%s ", str); } 🔍 错误分析 指针指向了“只读”的字符串常量 `char *str = "Hello";` 这段代码使得指针 `str` 指向了存储在只读内存段中的字符串常量。 试图修改只读内存导致未定义行为 `str[0] = 'J';` 试图直接修改字符串常量的值，这会导致程序崩溃或出现未定义行为。 课堂练习（一）：修正方案 方法一：使用字符数组 #include <stdio.h> main() { // 使用字符数组，内容存储在可写内存区 char str[] = "Hello"; str[0] = 'J';// 正确修改 printf("%s ", str);// 输出 Jello } 课堂练习（一）：修正方案 方法二：让指针指向字符数组 #include <stdio.h> main() { char buffer[] = "Hello"; // 字符串存储在数组中 char *str = buffer;// 指针指向数组 *str = 'J';// 通过指针修改数组内容 printf("%s ", str);// 输出 Jello } 课堂练习：概念辨析 题目要求：判断下列说法的正误，并说明理由。 01 `char str[]="abc";`和 `char *p="abc";`完全等价 思考：内存分配方式一样吗？ `str` 是数组名，`p` 是指针变量，二者在内存中的存储性质有何不同？ 02 字符指针变量只能指向字符串常量 思考：指针的本质是地址。 字符指针是否也可以指向一个字符变量，或者字符数组中的某个元素？ 03 数组名可以看作是一个指向数组第一个元素的常量指针。 思考：为什么说它是“常量”指针？ 既然是指针，它具备哪些指针的特性？又有哪些不同之处？ 课堂练习（二）：参考答案 1. 错误 理由：它们在存储方式、可赋值性、内容可变性上都有本质区别。`str`是存储字符的数组，`p`是存储地址的指针。 2. 错误 理由：字符指针非常灵活，它可以指向任何`char`类型的内存地址，包括字符数组的元素、动态分配的内存等。 3. 正确 理由：数组名在大多数表达式中会隐式转换为指向其首元素的指针，且这个指针的值不能被改变（即常量指针）。例如，`str`和`&str[0]`的值是相等的。 课堂小结 字符串的本质 以'\0'结尾的字符序列，是C语言处理文本数据的基础。 两种引用方式 •字符数组：栈区存储，可修改 •字符指针：存地址，灵活，常指向只读区 记住：数组是家，里面住着人（字符）；指针是地图，告诉你家在哪里。 指针核心操作 •*p： 解引用，访问指针指向的字符 •p++： 指针移动，遍历整个字符串 课堂小结 课后任务 基础巩固 · 熟练操作 01.字符串大写转小写：编写程序，使用字符指针将字符串 "HELLO WORLD" 中的所有大写字母转换为小写字母并输出。 02.字符串内容复制：编写程序，使用字符数组存储一个字符串，然后使用字符指针将其内容完整复制到另一个字符数组中。 进阶提升 · 深入思考 03.统计特定字符个数：编写程序，使用字符指针统计字符串 "Pointer is powerful" 中字母 'o' 出现的次数。 ★ 04. (挑战)判断回文字符串：编写程序，使用字符指针判断字符串 "abba" 是否为回文字符串（即正读和反读都一样）。如果是，输出 "Yes"，否则输出 "No"。 谢谢观看 THANKS $