练习5：通过引用访问和修改 C 字符串字符¶

任务描述¶

编写函数 getCharacter，返回 C 风格字符串中指定下标字符的引用。

调用者既可以读取函数返回的字符，也可以通过该返回值直接修改字符串中的指定字符。例如，getCharacter(text, 0) = 'H'; 应将字符串 text 的第一个字符修改为 'H'。

函数还需要使用断言检查指针是否为空以及下标是否越界，避免访问 C 字符串结尾的 \0 或不存在的位置。

相关知识¶

引用返回值¶

函数返回 char& 时，返回的是字符串中某个字符的别名，而不是该字符的副本。

char& getCharacter(char str[], std::size_t index) {
    return str[index];
}

因此，函数调用可以出现在赋值运算符左侧：

char text[] = "hello";
getCharacter(text, 0) = 'H';
// text 变为 "Hello"

C 风格字符串与有效下标¶

C 风格字符串以空字符 \0 结尾。std::strlen(str) 返回有效字符的数量，但不包含末尾的 \0。

char text[] = "hello";
std::strlen(text);  // 结果为 5

因此，字符串 "hello" 的有效下标是 0 到 4；下标 5 指向结尾的 \0，不应通过本函数访问或修改。

`assert`：运行期断言¶

assert 用于验证程序运行时必须满足的条件。条件为 false 时，程序会终止，并提示断言失败的位置。

assert(str != nullptr);
assert(index < std::strlen(str));

本任务中，第一条断言确保字符串指针有效；第二条断言确保下标位于有效字符范围内。

编程要求¶

使用 C++11 标准编写程序。
完成函数 getCharacter 的函数体。
函数必须采用以下声明形式：

char& getCharacter(char str[], std::size_t index);

函数必须先使用 assert 检查 str != nullptr。
函数必须使用 assert(index < std::strlen(str)) 检查下标未越界。
函数应返回 str[index] 的引用，而不是返回局部变量的引用。
在 test 函数中，先验证函数的返回值，再通过返回的引用修改字符串字符。
在 main 函数中调用 test 函数，并保留测试通过信息与返回语句。

待完成代码¶

#include <cassert>
#include <cstddef>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <string>

// TODO：返回 str 中下标为 index 的字符引用
char& getCharacter(char str[], std::size_t index) {
    // TODO：检查 str 是否为空
    // TODO：检查 index 是否在有效字符范围内
    // TODO：返回指定字符的引用
}

void test() {
    char text[] = "hello";

    // 先测试函数返回的字符值是否正确
    assert(getCharacter(text, 0) == 'h');
    assert(getCharacter(text, 1) == 'e');
    assert(getCharacter(text, 4) == 'o');

    // 再通过函数返回的引用修改指定字符
    getCharacter(text, 0) = 'H';
    getCharacter(text, 4) = '!';

    assert(text[0] == 'H');
    assert(text[4] == '!');
    assert(std::string(text) == "Hell!");

    char& ch = getCharacter(text, 1);
    ch = 'A';

    assert(text[1] == 'A');
    assert(std::string(text) == "HAll!");

    // 下列调用会触发函数内部断言并终止程序，因此不应在正常测试中执行：
    // getCharacter(text, 5);
}

int main() {
    test();

    std::cout << "本关测试通过" << std::endl;
    return 0;
}

测试说明¶

test 函数应至少覆盖以下三类测试：

测试项	调用方式	预期结果
读取字符	`getCharacter(text, 0)`	返回 `'h'`
直接修改字符	`getCharacter(text, 0) = 'H'`	字符串变为 `"Hello"` 的开头
通过引用变量修改	`char& ch = getCharacter(text, 1); ch = 'A';`	字符串变为 `"HAll!"`

对于字符串 "hello"，std::strlen(text) 的结果为 5，有效下标范围是 [0, 4]。以下调用属于越界访问：

getCharacter(text, 5);

该调用会触发 assert(index < std::strlen(str))，程序将终止。这正是断言用于发现违反函数前置条件错误的作用。

开始你的任务吧，祝你成功！