异常教程

C 语言实例 – 计算字符串长度（千字长文）

更新时间:

💡一则或许对你有用的小广告

欢迎加入小哈的星球 ，你将获得：专属的项目实战 / 1v1 提问 / Java 学习路线 / 学习打卡 / 每月赠书 / 社群讨论

  • 新项目:《从零手撸：仿小红书（微服务架构）》 正在持续爆肝中，基于 Spring Cloud Alibaba + Spring Boot 3.x + JDK 17...，点击查看项目介绍 ;
  • 《从零手撸：前后端分离博客项目（全栈开发）》 2 期已完结，演示链接： http://116.62.199.48/ ;

截止目前， 星球 内专栏累计输出 82w+ 字，讲解图 3441+ 张，还在持续爆肝中.. 后续还会上新更多项目，目标是将 Java 领域典型的项目都整一波，如秒杀系统, 在线商城, IM 即时通讯，权限管理，Spring Cloud Alibaba 微服务等等，已有 2900+ 小伙伴加入学习 ，欢迎点击围观

引言

在 C 语言编程中，字符串是一个核心概念，而计算字符串长度是处理字符串操作时的基础需求。无论是实现字符串反转、查找子串，还是构建数据结构，理解如何高效准确地计算字符串长度都至关重要。本文将从字符串的底层存储原理讲起，逐步展示多种实现方法，并通过案例对比不同方案的优缺点。

字符串的底层存储与核心概念

在 C 语言中，字符串的本质是一个字符数组，其末尾以空字符 '\0'（ASCII 码为 0）标记结束。例如，字符串 "Hello" 在内存中的存储形式如下：

索引012345
字符Hello'\0'

比喻说明：可以将字符串想象成一条项链，每个字符是项链上的珠子，而 '\0' 是项链末端的扣子。计算长度的任务，就是从项链的一端数到扣子前，统计共有多少颗珠子。

关键点解析

  1. 空字符的作用：'\0' 是字符串的终止标志，所有标准字符串函数（如 strlen）均依赖它判断字符串的结束位置。
  2. 字符数组与字符串的区别：字符数组可以存储任意字符，但只有以 '\0' 结尾的字符数组才能被视作合法的 C 语言字符串。

方法一：循环遍历法（手动计数）

这是最基础的实现方式，通过遍历字符数组直到遇到 '\0'，并记录步数。

#include <stdio.h>  

int calculate_length(const char *str) {  
    int length = 0;  
    while (str[length] != '\0') {  
        length++;  
    }  
    return length;  
}  

int main() {  
    char example[] = "C Language";  
    printf("Length: %d\n", calculate_length(example));  // 输出 11  
    return 0;  
}

原理说明：

  • 函数 calculate_length 接受字符指针 str，通过不断递增索引 length，直到访问到 '\0' 时停止。
  • 这种方法的时间复杂度为 O(n)，其中 n 是字符串的实际长度。

方法二：使用标准库函数 strlen

C 标准库提供了 strlen 函数（位于 <string.h> 头文件中），这是计算字符串长度最简洁的方式：

#include <stdio.h>  
#include <string.h>  

int main() {  
    char example[] = "Hello World";  
    printf("Length via strlen: %zu\n", strlen(example));  // 输出 11  
    return 0;  
}

注意事项：

  • strlen 的返回值类型是 size_t，在 printf 中应使用 %zu 格式说明符。
  • 如果传入未正确终止的字符串（例如未分配足够空间的字符数组），strlen 可能会因无限循环导致程序崩溃。

方法三：指针遍历法（进阶技巧）

通过移动指针直到 '\0'，并记录移动次数。这种方式更贴近 C 语言的指针特性：

#include <stdio.h>  

int calculate_length_ptr(const char *str) {  
    const char *end = str;  
    while (*end != '\0') {  
        end++;  
    }  
    return end - str;  // 指针差值即为长度  
}  

int main() {  
    char test_str[] = "Advanced";  
    printf("Length via pointers: %d\n", calculate_length_ptr(test_str));  // 输出 8  
    return 0;  
}

指针特性解析：

  • 指针 end 初始指向字符串首地址，每移动一次相当于访问下一个字符。
  • 当 *end 为 '\0' 时，end - str 的结果即为字符串长度。

方法四：递归实现（探索性实践）

虽然递归在性能上不如循环或库函数，但它能帮助理解字符串的递归特性：

#include <stdio.h>  

int calculate_length_rec(const char *str) {  
    if (*str == '\0') {  
        return 0;  
    }  
    return 1 + calculate_length_rec(str + 1);  
}  

int main() {  
    char example[] = "Recursive";  
    printf("Recursive length: %d\n", calculate_length_rec(example));  // 输出 9  
    return 0;  
}

递归逻辑：

  • 每次递归检查当前字符是否为 '\0'，若是则返回 0；否则继续递归下一个字符，并将结果加 1。
  • 风险提示：递归深度过大会导致栈溢出，因此此方法仅适用于短字符串或学习用途。

性能与场景对比表

方法实现方式时间复杂度是否依赖库函数适用场景
循环遍历显式循环计数O(n)否需避免标准库依赖的场景
strlen标准库函数O(n)是快速开发、代码简洁性优先
指针遍历指针移动与差值计算O(n)否需要直接操作指针的进阶场景
递归递归调用O(n)否学习目的或短字符串处理

常见问题与陷阱

1. 未正确分配内存空间

如果字符串未以 '\0' 结尾，所有方法均会失效。例如：

char invalid_str[5] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};  // 缺少 '\0'  
printf("%d", strlen(invalid_str));  // 可能引发未定义行为

解决方案：

  • 使用双引号初始化时，编译器会自动添加 '\0'： 
    char valid_str[] = "Hello";  // 长度为 6

2. 修改字符串后忘记更新长度

例如动态扩展字符串后未重新计算长度：

char dynamic_str[10] = "Test";  
strcpy(dynamic_str, "Extended");  // 可能超出数组容量  
int len = strlen(dynamic_str);    // 可能读取越界内存

建议：

  • 使用 snprintf 或 strncpy 避免缓冲区溢出，或改用动态内存分配（如 malloc）。

3. 对 strlen 的误解

strlen 返回的是字符数，而非字节数。例如 Unicode 字符可能占用多个字节，但 strlen 仍按字符计数。

结论

计算字符串长度的方法多种多样，选择取决于具体场景：

  • 开发效率优先：使用 strlen。
  • 学习或特殊需求：尝试循环或指针方法。
  • 探索性学习：递归方法可帮助理解递归逻辑。

掌握这些方法不仅能提升编程技能，还能为后续处理复杂字符串问题（如动态内存管理、字符串加密等）奠定基础。建议读者通过实际编写代码加深理解，并尝试将不同方法整合到项目中。

延伸思考：如果字符串存储为 wchar_t 类型（宽字符），如何修改上述方法？（提示：需替换数据类型并调整终止符为 L'\0'）

最新发布

查看更多文章