C 的字串與 char 陣列

前幾天我們用陣列存放一串數字。那麼，一串文字又是怎麼存的呢？在 C 語言中，字串（string）可以放在 char 陣列裡，最後用特殊的結束標記 '\0'（空字元）表示文字到此為止。先看一個只有英文字母的例子：

char word[4] = "cat";

這個陣列的內容可以想成：

索引：       0     1     2      3
內容：      'c'   'a'   't'   '\0'

"cat" 看起來只有三個字母，卻需要四個 char 的空間。因為 '\0' 告訴處理字串的函式：「文字到這裡結束。」如果少了這個標記，這些函式就無法只靠陣列本身判斷字串在哪裡結束，可能讀到陣列範圍以外。'c' 是單一字元；"c" 則是包含 'c' 與 '\0' 的字串，兩者不同。

字串的四種基本操作

C 語言要使用下面這些函式，先在程式開頭寫 #include <string.h>：

• strlen(word)：看字串有多長，不計算最後的 \0。
• strcpy(copy, word)：把 word 複製到 copy。
• strcat(word, "fish")：把 "fish" 接在 word 後面。
• strcmp(word, "catfish")：比較兩段文字；相同時回傳 0。

下面用一個完整範例觀察這些操作：

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

int main(void) {
    char word[16] = "cat";
    char copy[16];

    printf("原本的字串：%s，長度：%zu\n", word, strlen(word));

    strcpy(copy, word);
    printf("複製後：%s\n", copy);

    strcat(word, "fish");
    printf("連接後：%s\n", word);

    if (strcmp(word, "catfish") == 0) {
        printf("兩個字串的內容相同\n");
    }

    return 0;
}

程式會輸出：

原本的字串：cat，長度：3
複製後：cat
連接後：catfish
兩個字串的內容相同

這裡的 strlen(word) 得到 3，指的是目前字串的長度，不是陣列的容量 16。複製後，copy 是 "cat"；連接後，word 變成 "catfish"，所以比較結果是相同。比較字串內容要用 strcmp()，不能用 ==；== 比較的是位址。

複製或連接時，目的陣列要放得下完整字串和最後的 \0。例如 "catfish" 要占 8 個位置；範例中的 word[16] 放得下。strcpy() 和 strcat() 不會替我們檢查容量，字串太長就可能越界。

補充：一個 char 占用一個位元組；在這個英文範例中，一個字母剛好占一個 char。但 UTF-8 中文字通常需要多個位元組，所以 strlen() 的結果不能直接當成中文字數。

二維陣列：把資料排成表格

一維陣列只需要一個索引，例如 scores[2]。如果資料有「列」和「欄」，就可以用二維陣列來表示。下面這個陣列有兩列，每列放三個數字：

int numbers[2][3] = {
    {10, 20, 30},
    {40, 50, 60}
};

圖中的 row 是列，col 是欄。[2][3] 代表 2 列、每列 3 欄，共有 2 × 3 = 6 個元素。索引都是從 0 開始，讀取時先指定 row，再指定 col。所以 numbers[1][2] 位於 row = 1、col = 2，也就是圖中右下角的 60。

用兩層迴圈走訪

要依照圖中的順序印出全部元素，可以使用兩層迴圈：外層選一列，內層依序走過該列的三個欄位。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int numbers[2][3] = {
        {10, 20, 30},
        {40, 50, 60}
    };

    for (int row = 0; row < 2; row++) {
        for (int col = 0; col < 3; col++) {
            printf("%d ", numbers[row][col]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

外層迴圈第一次執行時，row 是 0，內層依序印出 10、20、30；第二次 row 是 1，印出 40、50、60。因此輸出為：

10 20 30
40 50 60

圖上的表格只是方便理解的畫法，不代表記憶體真的分成兩排。C 語言會先連續存放第 0 列的 10、20、30，再接著存放第 1 列的 40、50、60。這種一列接著一列的排列方式稱為「列優先」（row-major order）。

三維、四維也是同一個道理

陣列不只可以有兩維。三維陣列可以先想成「好幾張二維表格疊在一起」：

int pages[2][3][4];       // 2 頁，每頁 3 列，每列 4 欄
int books[2][3][4][5];    // 2 本書，每本 3 頁，每頁 4 列，每列 5 欄

圖中有兩層 page，每層都是 3 個 row、4 個 col，總共有 2 × 3 × 4 = 24 個元素。像 pages[1][2][3]，就是選擇 page = 1、row = 2、col = 3，也就是日常說的第 2 層、第 3 列、第 4 欄；每個索引都從 0 開始。

到了四維，就很難再用我們熟悉的立體空間，把四個方向同時畫出來。但這不代表四維陣列無法表示：可以像 books 一樣，想成「2 本書，每本 3 頁，每頁 4 列，每列 5 欄」，或一次只畫出其中一本、其中一頁。維度增加，重點不是想像更高維的空間，而是知道每多一維，就多一個索引來選擇資料。這些圖像只是理解上的比喻；實際記憶體仍是連續排列的。

小結

字串讓我們看到 char 陣列如何存放文字，以及結束標記 '\0' 為什麼重要；多維陣列則讓資料多了列、欄等索引，方便表示表格或更深的分組。先熟練二維陣列的索引與走訪，三維、四維只要掌握「每多一維，就多一個索引」即可。

今日重點：

• C 字串通常放在 char 陣列中，並以 \0 標示結尾。
• strlen()、strcpy()、strcat() 和 strcmp() 可處理常見的字串操作；複製與連接時要注意容量。
• 二維陣列使用 [列][欄] 存取元素，通常以兩層迴圈走訪。
• 多維陣列可以看成陣列的分層組合；維度增加，索引數量也跟著增加。

現在我們知道，陣列裡的資料總是緊挨著排隊；如果不排在一起，還能找到下一筆資料嗎？

下一篇就來認識鏈結串列，看看節點如何靠指標互相「牽線」，再親手串起一條從 head 出發、最後走到 NULL 的單向鏈結串列。