深入了解C語言中的字符串和內(nèi)存函數(shù)

更新時間：2022年11月04日 08:36:38 作者：努力學(xué)習(xí)游泳的魚

本文主要帶大家來學(xué)習(xí)一些常用的庫函數(shù)。有了這些庫函數(shù)，我們可以更加方便地操作字符串和內(nèi)存，從而提升我們的編碼效率。話不多說，我們開始吧

1. 前言

大家好，我是努力學(xué)習(xí)游泳的魚。今天我們來學(xué)習(xí)一些常用的庫函數(shù)。有了這些庫函數(shù)，我們可以更加方便地操作字符串和內(nèi)存，從而提升我們的編碼效率。話不多說，我們開始吧！

注：以下大部分函數(shù)對應(yīng)的頭文件都是string.h。

2. 求字符串長度

2.1 strlen

size_t strlen ( const char * str );

strlen函數(shù)可以求字符串的長度。使用時只需把字符串的起始位置的地址作為參數(shù)傳遞給strlen。該函數(shù)會從起始位置一直往后數(shù)字符，直到遇到\0。最終返回的是\0之前字符的個數(shù)。

參數(shù)指向的字符串必須以\0結(jié)束。否則求出來的是隨機值。

返回類型是size_t，是無符號類型。

接下來使用三種方式來模擬實現(xiàn)strlen。

// 1. 使用計數(shù)器
size_t my_strlen(const char* str)
{
	int count = 0;
	assert(str != NULL);
	while (*str != '\0')
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}

// 2. 遞歸
size_t my_strlen(const char* str)
{
	assert(str != NULL);
	if (*str == '\0')
		return 0;
	else
		return 1 + my_strlen(str + 1);
}

// 3. 指針-指針
size_t my_strlen(const char* str)
{
	assert(str != NULL);
	char* begin = str;
	// 找\0
	while (*str != '\0')
	{
		str++;
	}
	return str - begin;
}

3. 長度不受限制的字符串函數(shù)

3.1 strcpy

char* strcpy(char * destination, const char * source );

strcpy函數(shù)會把源字符串拷貝到目標空間中去。
源字符串必須以\0結(jié)束。
會將源字符串中的\0拷貝到目標空間。
目標空間必須足夠大，以確?？梢源娣旁醋址?。
目標空間必須可變。
strcpy返回的是目標空間的起始地址。

接下來我們來模擬實現(xiàn)strcpy函數(shù)。

char* my_strcpy(char* dest, const char* src)
{
    char* ret = dest;
    assert(dest && src);
    while (*dest++ = *src++)
    {
        ;
    }
    return ret;
}

3.2 strcat

char * strcat ( char * destination, const char * source );

strcat會把源字符串追加到目標字符串后面。
源字符串必須以\0結(jié)束。
會把源字符串的\0拷貝到目標空間中去。
目標空間必須足夠大，以確保可以存放源字符串。
目標空間必須可變。
strcat返回的是目標空間的起始地址。
不能自己給自己追加，因為當(dāng)源字符串和目標空間重合時，會覆蓋掉源字符串后面的\0。

有沒有發(fā)現(xiàn)，其中很多點和strcpy很像？

接下來我們來模擬實現(xiàn)strcat。只需要兩步：

找到目標空間的\0。
從目標空間的\0開始，把源字符串拷貝到目標空間中去。

char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
	assert(dest && src);
	char* ret = dest;

	// 找目標空間的\0
	while (*dest)
	{
		dest++;
	}
	// 從目標空間的\0開始，向后拷貝
	while (*dest++ = *src++)
	{
		;
	}

	return ret;
}

3.3 strcmp

int strcmp ( const char * str1, const char * str2 );

strcmp函數(shù)比較的不是字符串的長度，而是比較字符串中對應(yīng)位置上的字符的大小，如果相同，就比較下一對兒，直到不同或者都遇到\0。
若str1<str2，則返回值為負數(shù)；若str1>str2，則返回值為正數(shù)；若str1=str2，則返回值為0。

接下來我們來模擬實現(xiàn)strcmp。

int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);

	while (*str1 == *str2)
	{
		if (*str1 == '\0')
		{
			return 0; // 相等
		}

		str1++;
		str2++;
	}
	// 不相等
	if (*str1 > *str2)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return -1;
	}
}

4. 長度受限制的字符串函數(shù)

4.1 strncpy

char * strncpy ( char * destination, const char * source, size_t num );

拷貝num個字符從源字符串到目標空間。
如果源字符串的長度小于num，則拷貝完源字符串后，在目標的后面追加0，直到num個。

下面是strncpy的模擬實現(xiàn)。

char* my_strncpy(char* dest, const char* src, size_t count)
{
	assert(dest && src);
	char* start = dest;

	while (count && (*dest++ = *src++) != '\0')
	{
		count--;
	}

	if (count)
	{
		while (--count)
		{
			*dest++ = '\0';
		}
	}

	return start;
}

4.2 strncat

char * strncat ( char * destination, const char * source, size_t num );

在目標空間后最多追加num個字符。
如果num大于源字符串的長度，則num直接看作源字符串的長度。
一定會在最后追加\0。

模擬實現(xiàn)如下：

char* my_strncat(char* front, const char* back, size_t count)
{
	assert(front && back);
	char* start = front;

	// 找front中的\0
	while (*front)
	{
		front++;
	}
	// 拷貝
	while (count--)
	{
		if ((*front++ = *back++) == '\0')
		{
			return start;
		}
	}

	*front = '\0';
	return start;
}

4.3 strncmp

int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t num );

只比較前num個字符。

以下是模擬實現(xiàn)：

int my_strncpy(const char* s1, const char* s2, size_t count)
{
	assert(s1 && s2);

	while (1)
	{
		if (count == 0)
		{
			return 0;
		}
		else if (*s1 > *s2)
		{
			return 1;
		}
		else if (*s1 < *s2)
		{
			return -1;
		}
		else
		{
			if (*s1 == '\0')
			{
				return 0;
			}
			s1++;
			s2++;
			count--;
		}
	}
}

5. 字符串查找

5.1 strstr

char * strstr ( const char *str1, const char * str2);

在str1中查找str2，如果找到了，就返回第一次出現(xiàn)的起始位置；如果找不到，就返回空指針NULL。

最簡單的實現(xiàn)方式是直接暴力查找。

char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);

	const char* s1 = str1;
	const char* s2 = str2;
	const char* cur = str1;

	while (*cur)
	{
		s1 = cur;
		s2 = str2;

		while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2)
		{
			s1++;
			s2++;
		}
		if (*s2 == '\0')
		{
			// 找到了
			return (char*)cur;
		}

		cur++;
	}

	// 找不到
	return NULL;
}

5.2 strtok

char * strtok ( char * str, const char * sep );

strtok用于分割字符串。
sep是一個字符串，定義了用作分隔符的字符集合。
第一個參數(shù)指定一個字符串，它包含了0個或者多個由sep字符串中一個或者多個分隔符分割的標記。
strtok函數(shù)找到str中的下一個標記，并將其用\0結(jié)尾，返回一個指向這個標記的指針。（注：strtok函數(shù)會改變該字符串，所以在使用strtok函數(shù)切分的字符串一般都是臨時拷貝的內(nèi)容并且可修改。）
strtok函數(shù)的第一個參數(shù)不為NULL，函數(shù)將找到str中第一個標記，strtok函數(shù)將保存它在字符串中的位置。
strtok函數(shù)的第一個參數(shù)為NULL，函數(shù)將在同一個字符串中被保存的位置開始，查找下一個標記。
如果字符串中不存在更多的標記，則返回NULL指針。

使用舉例：

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

int main()
{
	char arr[] = "abc@def.123@456";
	char buf[30] = { 0 }; // 使用strtok，一般要做備份
	strcpy(buf, arr);
	const char* sep = "@."; // 分隔符的集合

	char* str = NULL;
	for (str = strtok(buf, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep))
	{
		printf("%s\n", str);
	}

	return 0;
}

6. 錯誤信息報告

6.1 strerror

char * strerror ( int errnum );

會返回錯誤碼對應(yīng)的錯誤信息。

有一個全局變量errno，會記錄庫函數(shù)在調(diào)用失敗后的錯誤碼。使用時需要引用頭文件errno.h。

使用舉例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
#include <errno.h>

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}

	return 0;
}

7. 字符操作函數(shù)

以下函數(shù)對應(yīng)的頭文件是ctype.h。

7.1 字符分類函數(shù)

函數(shù)	如果它的參數(shù)復(fù)合下列條件就返回真
iscntrl	任何控制字符
isspace	任何空白字符
isdigit	十進制數(shù)字
isxdigit	十六進制數(shù)字
islower	小寫字母
isupper	大寫字母
isalpha	大小寫字母
isalnum	大小寫字母或數(shù)字
ispunct	標點符號
isgraph	圖形字符
isprint	可打印字符

7.2 字符轉(zhuǎn)換函數(shù)

轉(zhuǎn)小寫：

int tolower( int c );

轉(zhuǎn)大寫

int toupper( int c );

8. 內(nèi)存操作函數(shù)

8.1 memcpy

void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num );

函數(shù)memcpy從source的位置開始向后復(fù)制num個字節(jié)的數(shù)據(jù)到destination的內(nèi)存位置。

這個函數(shù)在遇到'\0'的時候并不會停下來。

如果source和destination有任何的重疊，復(fù)制的結(jié)果都是未定義的。

模擬實現(xiàn)如下：

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t count)
{
	assert(dest && src);
	void* ret = dest;

	while (count--)
	{
		*(char*)dest = *(char*)src;
		dest = (char*)dest + 1;
		src = (char*)src + 1;
	}

	return ret;
}

8.2 memmove

void * memmove ( void * destination, const void * source, size_t num );

和memcpy的差別就是memmove函數(shù)處理的源內(nèi)存塊和目標內(nèi)存塊是可以重疊的。

如果源空間和目標空間出現(xiàn)重疊，就得使用memmove函數(shù)處理。

模擬實現(xiàn)如下：

void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t count)
{
	assert(dest && src);
	void* ret = dest;

	if (dest < src)
	{
		// 前->后
		while (count--)
		{
			*(char*)dest = *(char*)src;
			dest = (char*)dest + 1;
			src = (char*)src + 1;
		}
	}
	else
	{
		// 后->前
		while (count--)
		{
			*((char*)dest + count) = *((char*)src + count);
		}
	}

	return ret;
}

8.3 memcmp

int memcmp ( const void * ptr1,
             const void * ptr2,
             size_t num );

比較從ptr1和ptr2指針開始的num個字節(jié)。

返回值和strcmp類似，根據(jù)大小關(guān)系返回正數(shù)、負數(shù)或者0。

模擬實現(xiàn)如下：

int my_memcmp(const void* ptr1, const void* ptr2, size_t num)
{
	assert(ptr1 && ptr2);

	while (num--)
	{
		if (*(char*)ptr1 > *(char*)ptr2)
		{
			return 1;
		}
		else if (*(char*)ptr1 < *(char*)ptr2)
		{
			return -1;
		}
		ptr1 = (char*)ptr1 + 1;
		ptr2 = (char*)ptr2 + 1;
	}

	return 0;
}

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