字符串和位如何在 C 中工作？

Question

我有一个分为两部分的问题：

了解 sizeof
了解字符串如何存储在变量中（例如位和 ram）

问题 1

我正在尝试理解以下 C 代码的输出。

printf("a: %ld\n", sizeof("a")); // 2
printf("abc: %ld\n", sizeof("abc")); // 4

它似乎总是比实际指定的字符数大一。

文档建议返回值表示对象（在本例中为字符串）的大小（以字节为单位）。因此，如果 a 的大小返回 2 字节，那么我很好奇 a 是如何表示 16 位信息的。

如果我查看 ASCII 字符 a 的二进制表示，我可以看到它是 01100001。但这只显示了 1 个字节中的 3 位被使用。

问题 2

此外，大字符串如何存储到 C 中的变量中？我认为它们必须存储在数组中是否正确，如下所示：

char my_string[5] = "hello";

有趣的是，当我有一些代码时：

char my_string = "hello";
printf("my_string: %s\n", my_string);

我遇到两个编译器错误：

- incompatible pointer to integer conversion initializing 'char' with an expression of type 'char [6]'
- format specifies type 'char *' but the argument has type 'char'

...我不明白。首先，它声明当只有 5 个字符时，类型被假定为 [6] 的大小。其次，这里提到指针对我来说似乎很奇怪？为什么 printf 需要一个指针，为什么不指定 variable/array 的长度会导致指针指向整数错误？

顺便说一下，我似乎可以将 variable/array 的长度设置为 5 而不是 6，它会像我期望的那样工作 char my_string[5] = "hello";。

我可能只是遗漏了一些非常 basic/fundamental 关于位和字符串在 C 中如何工作的东西。

如果能帮助理解这一点，我们将不胜感激。

Answer 1

问题的第一部分是由于字符串在C中的存储方式。C中的字符串只不过是一系列字符（char）加上一个[=11=]结束，这就是您在执行 sizeof 时看到 +1 的原因。请注意，在您的第二部分中，如果您要说 char my_string[4] = "hello";，您还会收到一个编译器错误，指出此字符串的大小不足。这也跟这个有关。

现在进入第二部分，字符串本身就是一系列字符。但是，您不会将每个字符单独存储在变量中。相反，您有一个指向这些字符系列的指针，这将允许您从内存的某个部分访问它们。有关 C 中的指针和字符串的更多信息，请参见此处：Pointer to a String in C

Answer 2

在 C 中，字符串 是一个字符值序列，后跟一个零值终止符。例如，字符串 "hello" 是字符值序列 {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', 0 }¹。字符串（包括字符串文字）存储作为 char 的数组（或 wchar_t 用于宽字符串）。为了考虑终止符，数组的大小必须始终比字符串中的字符数大一：

char greeting[6] = "hello";

greeting 的存储空间类似于

          +---+
greeting: |'h'| greeting[0]
          +---+
          |'e'| greeting[1]
          +---+
          |'l'| greeting[2]
          +---+
          |'l'| greeting[3]
          +---+
          |'o'| greeting[4]
          +---+
          | 0 | greeting[5]
          +---+

字符串文字的存储基本相同²:

          +---+
 "hello": |'h'| "hello"[0]
          +---+
          |'e'| "hello"[1]
          +---+
          |'l'| "hello"[2]
          +---+
          |'l'| "hello"[3]
          +---+
          |'o'| "hello"[4]
          +---+
          | 0 | "hello"[5]
          +---+

是的，您可以将下标运算符 [] 应用于字符串文字，就像任何其他数组表达式一样。

除非它是 sizeof 或一元 & 运算符的操作数，或者是用于在声明中初始化字符数组的字符串文字，表达式 类型的“N-元素 T” 将被转换 ("decay") 为类型 "pointer to T" 的表达式，表达式的值将是数组第一个元素的地址。因此，字符串文字 "hello" 是类型为“char 的 6 元素数组”的表达式。如果我将该文字作为参数传递给

这样的函数

printf( "%s\n", "hello" );

那么字符串文字 表达式 "%s" 和 "hello" 都是从“char 的 4 元素数组”转换而来的³ 和“char 的 6 元素数组”到 "pointer to char"，所以 printf 接收的是指针值，而不是数组值。

您已经看到转换规则的两个例外情况。当您使用 sizeof 运算符并获得比预期多 1 的值时，您会在代码中看到它。 sizeof 计算出存储操作数所需的字节数。由于零终止符，存储N个字符的字符串需要N+1个字节。

第二个例外是上面greeting数组的声明；因为我使用字符串文字来初始化数组，所以文字不会首先转换为指针值。请注意，您可以将该声明写为

char greeting[] = "hello";

在这种情况下，数组的大小取自初始化程序的大小。

第三个异常发生在数组表达式是一元&运算符的操作数时。表达式 &greeting 的计算结果不是指向指向 char (char **) 的指针，而是计算类型 "pointer to 6-element array of char" 或 char (*)[6].

字符串的长度是到零终止符之前的字符数。所有处理字符串的标准库函数都希望看到该终止符。存储该字符串的数组的大小必须至少比您要存储的字符串的最大长度大一倍。

^{有时您会看到人们写 '[=43=]' 而不是裸体的 0 来表示字符串终止符；他们的意思是一样的。
字符串文字的存储在程序启动时分配并一直保留到程序终止。字符串文字可以存储在只读内存段中；尝试修改字符串文字的内容会导致未定义的行为。
'\n' 算作一个字符。}

字符串和位如何在 C 中工作？

How do strings and bits work in C?

c

arrays

string

bits

sizeof

问题 1

问题 2