`strlen` 字符串长度函数

1) 函数的概念与用途

strlen 是 C 语言标准库中最基础且使用最频繁的字符串处理函数之一，它的名字来源于"string length"（字符串长度）。这个函数的功能非常明确：计算一个以空字符结尾的字符串的长度。

可以将 strlen 想象成一个字符串"尺子"：它从字符串的起始位置开始"测量"，直到遇到字符串的终止符（\0），然后返回这之间的字符数量（不包括终止符本身）。

典型应用场景包括：

• 内存分配：在复制或操作字符串前确定所需内存大小
• 字符串验证：检查用户输入或外部数据的有效性
• 循环控制：在遍历字符串时确定循环边界
• 数据序列化：在处理序列化数据时确定字段长度
• 性能优化：避免在循环中重复计算字符串长度

2) 函数的声明与出处

strlen 是 C 标准库（libc）的核心成员，声明在 <string.h> 头文件中。

#include <string.h>size_t strlen(const char *s);

这意味着在任何符合标准的 C 开发环境中，只需包含这个头文件即可使用该函数，无需额外链接其他库。

3) 参数详解：要测量的字符串

• const char *s
  • 作用：要计算长度的字符串
  • 要求：必须以 \0 结尾的有效 C 字符串
  • 重要：如果传入的不是以空字符结尾的字符串，会导致未定义行为（通常会导致函数一直读取内存直到偶然遇到零字节）

4) 返回值：字符串的长度

• 返回值类型：size_t

  • 这是一个无符号整数类型，用于表示对象的大小或数量
  • 在打印时，通常使用 %zu 格式说明符

• 返回值含义：

  • 返回字符串中字符的数量，不包括终止的空字符
  • 空字符串（""）的长度为 0

• 重要说明：

  • 返回值总是非负的
  • 对于非常长的字符串，理论上可能达到 SIZE_MAX（平台相关的最大值）

5) 实战演示：多种使用场景

示例 1：基础用法 - 计算字符串长度

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {const char *str1 = "Hello, World!";const char *str2 = "";const char *str3 = "中文测试"; // 中文字符串printf("Length of \"%s\": %zu\n", str1, strlen(str1));printf("Length of empty string: %zu\n", strlen(str2));printf("Length of \"%s\": %zu\n", str3, strlen(str3));return 0;
}

示例 2：动态内存分配

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>int main() {const char *source = "This is a long string that needs to be copied";// 计算所需内存大小（长度 + 1 用于终止符）size_t len = strlen(source);char *copy = malloc(len + 1); // +1 用于终止符if (copy == NULL) {fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");return 1;}// 复制字符串strcpy(copy, source);printf("Original: %s\n", source);printf("Copy: %s\n", copy);printf("Length: %zu characters\n", len);free(copy);return 0;
}

示例 3：字符串遍历与处理

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>void reverse_string(char *str) {if (str == NULL) return;size_t len = strlen(str);if (len <= 1) return; // 空字符串或单字符字符串不需要反转// 使用双指针技术反转字符串for (size_t i = 0, j = len - 1; i < j; i++, j--) {char temp = str[i];str[i] = str[j];str[j] = temp;}
}int main() {char text[] = "Hello, World!";printf("Original: %s\n", text);printf("Length: %zu\n", strlen(text));reverse_string(text);printf("Reversed: %s\n", text);return 0;
}

6) 编译方式与注意事项

编译命令：

gcc -o strlen_demo strlen_demo.c

关键注意事项：

1. 空终止符要求：strlen 依赖于字符串以 \0 结尾，如果不是，会导致未定义行为
2. 性能特点：strlen 的时间复杂度是 O(n)，需要遍历整个字符串直到找到 \0
3. 返回值类型：返回值是 size_t（无符号类型），与有符号数比较时要注意
4. 多字节字符：对于多字节字符（如中文），strlen 返回的是字节数而不是字符数
5. 与相关函数的区别：
   • sizeof()：运算符，返回对象或类型的大小（包括终止符）
   • strnlen()：更安全的版本，可以指定最大检查长度

7) 执行结果说明

示例 1 输出：

Length of "Hello, World!": 13
Length of empty string: 0
Length of "中文测试": 12

展示了 strlen 计算不同字符串长度的结果。注意中文字符串的字节数（12）比视觉字符数（4）多，因为中文字符通常占用多个字节。

示例 2 输出：

Original: This is a long string that needs to be copied
Copy: This is a long string that needs to be copied
Length: 44 characters

演示了如何使用 strlen 确定需要分配的内存大小，并成功复制字符串。

示例 3 输出：

Original: Hello, World!
Length: 13
Reversed: !dlroW ,olleH

显示了如何利用字符串长度来实现字符串反转算法。

8) 总结：strlen 的工作流程与价值

strlen 的工作流程可以总结如下：

strlen 是 C 语言字符串处理工具箱中最基础且必不可少的函数之一。它的价值在于：

1. 基础操作：几乎所有字符串操作都需要知道字符串长度
2. 简单高效：实现简单，在大多数平台上都有高度优化的实现
3. 标准兼容：作为 C 标准库的一部分，具有高度的可移植性

最佳实践建议：

1. 缓存长度：在循环中使用字符串长度时，先计算并存储长度，避免重复调用 strlen
2. 注意多字节字符：处理多字节字符时，strlen 返回的是字节数而不是字符数
3. 确保字符串终止：始终确保字符串以 \0 结尾，否则会导致未定义行为
4. 考虑安全替代品：在处理不可信输入时，考虑使用 strnlen 来防止读取超出预期范围

strlen 虽然简单，但却是 C 语言编程中不可或缺的工具。掌握它的正确用法和注意事项，对于编写健壮、高效的字符串处理代码至关重要。无论是处理用户输入、操作文本数据还是进行内存管理，strlen 都能提供简单而有效的解决方案。