为什么/何时为 C 字符串包含终止 '\0' 字符？

Question

我对 C 非常陌生，对于何时需要手动将终止 '\0' 字符添加到字符串感到有些困惑。给定这个函数来计算字符串长度（为了清楚起见）：

int stringLength(char string[])
{
    int i = 0;
    while (string[i] != '\0') {
        i++;
}
    return i;
}

根据空终止字符计算字符串的长度。那么，使用以下情况，'\0'字符的作用是什么？

案例一：

char * stack1 = "stack"; 
printf("WORD %s\n", stack1);
printf("Length %d\n", stringLength(stack1));

打印：

WORD stack
Length 5

案例2：

char stack2[5] = "stack";
printf("WORD %s\n", stack2);
printf("Length %d\n", stringLength(stack2));

打印：

WORD stack���
Length 8

（这些结果每次都不同，但永远不会正确）。

案例3：

char stack3[6] = "stack";
printf("WORD %s\n", stack3);
printf("Length %d\n", stringLength(stack3));

打印：

WORD stack
Length 5

案例4：

char stack4[6] = "stack";
stack4[5] = '\0';
printf("WORD %s\n", stack4);
printf("Length %d\n", stringLength(stack4));

打印：

WORD stack
Length 5

案例 5：

char * stack5 = malloc(sizeof(char) * 5);
if (stack5 != NULL) {
    stack5[0] = 's';
    stack5[1] = 't';
    stack5[2] = 'a';
    stack5[3] = 'c';
    stack5[4] = 'k';
    printf("WORD %s\n", stack5);
    printf("Length %d\n", stringLength(stack5));
}
free(stack5);

打印：

WORD stack
Length 5

案例6：

char * stack6 = malloc(sizeof(char) * 6);
if (stack6 != NULL) {
    stack6[0] = 's';
    stack6[1] = 't';
    stack6[2] = 'a';
    stack6[3] = 'c';
    stack6[4] = 'k';
    stack6[5] = '\0';
    printf("WORD %s\n", stack6);
    printf("Length %d\n", stringLength(stack6));
}
free(stack6);

打印：

WORD stack
Length 5

即，我想知道案例 1、2、3 和 4 之间的区别（以及为什么案例 2 的行为不稳定并且不需要在 1 和 3 中指定空终止字符。另外，如何 3和 4 都工作一样？）以及 5 和 6 如何打印出相同的东西，即使在案例 5 中没有为空终止字符分配足够的内存（因为“slack”中的每个字母只分配了 5 个字符槽，它如何检测'\0'字符，即第6个字符？）

对于这个荒谬的长问题，我感到非常抱歉，只是我在其他任何地方都找不到关于这些特定实例的好的教学解释

Answer 1

字符串的存储必须始终为终止的空字符留出空间。在您的某些示例中，您没有这样做，明确给出长度为 5。在这些情况下，您将获得未定义的行为。

String literals 总是自动获得空终止符。尽管strlen 返回的长度为 5，但它确实占用了 6 个字节。

您的案例 5 之所以有效，是因为 undefined 有时意味着它看起来有效。您可能在内存中的字符串后面的值为零 - 但您不能依赖它。

Answer 2

在情况 1 中，您正在创建一个字符串文字（将在只读内存上的常量），其中将隐式添加 \0。

由于依赖\0 的位置来查找字符串的结尾，因此您的stringLength() 函数将打印5。

在第 2 种情况下，您尝试使用包含 5 个字符的字符串来初始化大小为 5 的字符数组，而不会为 \0 分隔符留出空间。与字符串相邻的内存可以是任何东西，并且可能在某处有\0。这个\0 在这里被认为是字符串的结尾，它解释了你得到的那些奇怪的字符。似乎对于您给出的输出，这个\0 仅在另外 3 个字符之后才被发现，在计算字符串长度时也考虑了这些字符。由于内存的内容会随着时间的推移而变化，因此输出可能并不总是相同的。

在第 3 种情况下，您使用大小为 5 的字符串初始化大小为 6 的字符数组，留出足够的空间来存储将隐式存储的 \0。因此，它将正常工作。

案例4与案例3类似，没有做任何修改

char stack4[5] = '\0';

因为stack4 的大小是6，因此它的最后一个索引是5。你正在用它的旧值本身覆盖一个变量。 stack4[5] 甚至在您覆盖它之前就已包含 \0。

在情况 5 中，您已经用字符完全填充了字符数组，而没有为 \0 留出空间。然而，当您打印字符串时，它打印正确。我认为这是因为与malloc() 分配的内存相邻的内存恰好为零，即\0 的值。但这是未定义的行为，不应依赖。实际发生的情况取决于实施。
需要注意的是，malloc() 不会像calloc() 那样初始化它分配的内存。

两者

char str[2]='\0';

和

char str[2]=0;

都是一样的。

但你不能依赖它为零。由于操作系统的工作和出于安全原因，动态分配的内存可能具有零作为默认值。请参阅here 和here 了解更多信息。

如果需要动态分配内存的默认值为零，可以使用calloc()。

案例 6 末尾有 \0，其他位置有字符。打印时应显示正确的字符串。