C语言库函数 — 字符串函数（含模拟实现字符串函数）

前言

• C语言中对字符和字符串的处理很是频繁，但是C语言本身是没有字符串类型的，字符串通常放在常量字符串 中或者 字符数组中。字符串常量适用于那些对它不做修改的字符串函数。
• 在使用字符串库函数时，需要加上头文件 ,即在程序开头加上#include
• 在本期博客中介绍常用到的字符串函数和模拟实现相对应的字符串函数

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一、求字符串长度函数

strlen

函数介绍

strlen函数 是C语言标准库函数之一，其功能是计算一个以NULL结尾的字符串的长度。
函数原型：

size_t strlen(const char *str);

其中，参数str是指向待计算长度的字符串的指针，返回值是字符串的长度，不包括NULL结尾符。如果字符串为空，则返回0。

概述要点：

1. 字符串已经 ’ \0 ’ 作为结束标志，strlen函数返回的是在字符串中 ’ \0 ’ 前面出现的字符个数（不包 含 ’ \0 ’ )
2. 参数指向的字符串必须要以 ’ \0 ’ 结束
3. 注意函数的返回值为size_t，是无符号的

演示代码：

#include
#include
int main()
{
	char arr[] = "abcdef";

	int ret = strlen(arr);
	printf("%d", ret);
	return 0;
}

模拟实现strlen函数

#include
int my_strlen(char* str)

{
	int count = 0;
	while (*str)
	{
		str++;
		count++;
	}
	return count;
}
int main()
{
	char arr[] = "abcdef";

	int ret = my_strlen(arr);
	printf("%d", ret);
	return 0;
}

二、长度不受限制的字符串函数

长度不受限制的字符串函数是指在处理字符串时，没有限制字符串的长度，可以处理非常长的字符串。 这样的函数通常会使用动态分配内存的技术来增加字符串的长度，以避免内存不足或溢出的情况。一些常见的长度不受限制的字符串函数包括 strcat、strcpy、strlen 等等。这些函数在 C 语言和许多其他编程语言中都有提供。

strcpy

函数介绍

strcpy函数是C语言标准库函数之一，其功能是将一个字符串复制到另一个字符串中。
函数原型：

char* strcpy(char* dest, const char* src);

其中，dest是目标字符串的指针，src是源字符串的指针，函数返回指向目标字符串的指针。

strcpy函数将源字符串中的字符逐个复制到目标字符串中，直到遇到NULL结束符，包括NULL。如果源字符串的长度大于目标字符串的长度，会发生缓冲区溢出，导致不可预料的后果。因此，在使用strcpy函数时需要对目标字符串的长度进行控制。

概述要点：

1. 源字符串必须以 ‘\0’ 结束。
2. 会将源字符串中的 ‘\0’ 拷贝到目标空间。
3. 目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串。
4. 目标空间必须可变

演示代码：

int main()
{
	
    char arr1[20];
	char arr2[] = "hello world";
	strcpy(arr1,arr2);
	printf( "%s", arr1);
	return 0;
}

模拟实现strcpy函数

#include
char* my_strcpy(char* str, const char* dse)
{
	char* ret = str;
	while (*dse)
	{
		*str = *dse;
		str++;
		dse++;
	}
	return str;
}
int main()
{
	
    char arr1[20];
	char arr2[] = "hello world";
	my_strcpy(arr1,arr2);

	printf( "%s", arr1);
	return 0;
}

strcat

函数介绍

strcat函数是C语言标准库函数之一，其功能是将一个字符串追加到另一个字符串的末尾。
函数原型：

char* strcat(char* dest, const char* src);

其中，dest是目标字符串的指针，src是源字符串的指针，函数返回指向目标字符串的指针。

strcat函数将源字符串中的字符逐个复制到目标字符串中，直到遇到NULL结束符，然后将追加上去的源字符串的NULL结束符跟在目标字符串的结尾处。如果目标字符串的长度不足以容纳源字符串，会发生缓冲区溢出，导致不可预料的后果。因此，在使用strcat函数时需要对目标字符串的长度进行控制。

概述要点：

1. 源字符串必须以 ‘\0’ 结束。
2. 目标空间必须有足够的大，能容纳下源字符串的内容。
3. 目标空间必须可修改。

演示代码：

int main()
{
	char arr1[10] = "abbc";
	char arr2[5] = "abc";
	strcat(arr1, arr2);
	printf("%s", arr1);

	return 0;
}

模拟实现strcat函数

#include
char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
	char* ret = dest;
	
	while (*dest)
	{
		dest++;
	}
	while ((*dest++ = *src++))
	{
		;
	}
	return ret;
}
int main()
{
	char arr1[10] = "abbc";
	char arr2[5] = "abc";
	my_strcat(arr1, arr2);
	printf("%s", arr1);

	return 0;
}

strcmp

函数介绍

strcmp函数是C语言标准库函数之一，用于比较两个字符串是否相等。
函数原型：

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

其中，str1和str2是要比较的两个字符串，函数返回两个字符串的比较结果。

函数执行过程中，会从两个字符串的第一个字符开始逐个比较，直到发现不相同的字符或到达字符串末尾。如果两个字符串在从左到右的过程中第一个不同字符是在str1中出现的，则返回一个负数；如果第一个不同字符位于str2中，则返回一个正数；如果两个字符串完全相同，则返回0。
函数标准规定：

1. 第一个字符串大于第二个字符串，则返回大于0的数字
2. 第一个字符串等于第二个字符串，则返回0
3. 第一个字符串小于第二个字符串，则返回小于0的数字

演示代码：
例如，以下代码比较两个字符串是否相等：

char str1[] = "hello";
char str2[] = "world";
int result = strcmp(str1, str2);
if (result == 0) {
    printf("两个字符串相等");
} else if (result < 0) {
    printf("str1小于str2");
} else {
    printf("str1大于str2");
}

执行完毕后，输出结果为"str1小于str2"。

模拟实现strcmp函数

#include
int my_strcmp(const char* src, const char* dst)
{
	int ret = 0;

	while (!(ret = *(unsigned char*)src - *(unsigned char*)dst) && *dst)
		++src, ++dst;
	if (ret < 0)
		ret = -1;
	else if (ret > 0)
		ret = 1;
	return(ret);
}
int main()
{
	char arr1[10] = "abb";
	char arr2[5] = "abc";
	int result = my_strcmp(arr1, arr2);
	if (result == 0) {
		printf("两个字符串相等");
	}
	else if (result < 0) {
		printf("arr1小于arr2");
	}
	else {
		printf("arr1大于arr2");
	}
	return 0;
}

三、长度受限制的字符串函数

长度受限制的字符串函数指的是操作字符串时设定了一定的长度限制。 这种函数可以确保在字符串长度超过限制时不会导致缓冲区溢出或内存泄漏等问题。常见的长度受限制的字符串函数包括 strncpy()、strlcpy()、strcat()、strncat() 等。这些函数在操作字符串时需要指定目标字符串的长度，以确保操作不会超出设定的长度限制。

strncpy

strncpy函数是C语言标准库函数之一，用于将一个字符串的一部分复制到另一个字符串中。

函数原型：

char* strncpy(char* dest, const char* src, size_t n);

其中，dest是目标字符串，src是源字符串，n表示复制的最大字符数。

函数将src字符串的前n个字符复制到dest字符串中，如果src字符串不够n个字符，则会在dest字符串后面加上’\0’字符，直到复制的字符数总共为n个。如果src字符串大于等于n个字符，则dest字符串不会被自动添加’\0’字符。

需要注意的是，如果src字符串的长度小于n，则dest字符串后面可能包含一些未定义的字符。

演示代码：

以下是一个例子，将src字符串的前5个字符复制到dest字符串中：

char src[] = "hello world";
char dest[6];
strncpy(dest, src, 5);
dest[5] = '\0';
printf("dest: %s\n", dest);

执行完毕后，输出结果为"hello"。需要注意的是，在将src字符串的前五个字符复制到dest字符串中后，由于dest字符串没有以’\0’结尾，因此需要手动添加。

strncat

strncat函数用于将一个字符串的前n个字符拼接到另一个字符串的末尾。该函数定义在头文件中。

函数的原型：

char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);

函数参数说明：

• dest：目标字符串，表示将要拼接的字符串的末尾。
• src：源字符串，表示要拼接的字符串。
• n：拼接的最大长度。

函数返回值说明：

• 返回目标字符串的地址。

演示代码：

#include 
#include 

int main()
{
    char str1[20] = "hello";
    char str2[] = "world";

    strncat(str1, str2, 3);

    printf("%s\n", str1); // 输出结果为"helloworld"

    return 0;
}

运行结果为"helloworld"。

strncmp

strncmp函数是一个字符串比较函数，它用于比较两个字符串的前n个字符是否相等。

函数原型：

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

其中，str1和str2是要比较的两个字符串，n表示要比较的字符数。

函数返回值：

• 当 str1 和 str2 的前 n 个字符相等时，返回 0。
• 当 str1 的前 n 个字符大于 str2 的前 n 个字符时，返回一个正整数。
• 当 str1 的前 n 个字符小于 str2 的前 n 个字符时，返回一个负整数。

演示代码：

#include 
#include 

int main()
{
    char str1[] = "Hello, world";
    char str2[] = "Hello, there";
    int result;
    
    result = strncmp(str1, str2, 6);
    printf("%d\n", result); // 输出 0

    result = strncmp(str1, str2, 7);
    printf("%d\n", result); // 输出 -32
    
    return 0;
}

在以上示例中，第一个 strncmp 函数比较两个字符串的前6个字符，由于两个字符串的前6个字符相等，因此返回值为0。第二个 strncmp 函数比较两个字符串的前7个字符，发现第一个字符串的第7个字符（,）的ASCII码（44）小于第二个字符串的第7个字符（t）的ASCII码（116），因此返回值为一个负整数。

四、字符串查找函数

字符串查找函数是一些程序库中提供的函数，它们用于在一个字符串中查找是否包含另一个字符串，并返回第一次出现的位置。 在编程中，这些函数非常有用，因为它们可以帮助程序员在一个字符串中快速定位特定的子字符串或字符。常见的字符串查找函数包括C语言中的strstr函数

strstr

函数介绍

strstr函数是C语言中的一个字符串处理函数，其主要功能是在一个字符串中查找另一个字符串的子串，如果找到，则返回该子串在原字符串中首次出现的位置；如果未找到，则返回NULL。

函数原型：

char *strstr(const char *haystack, const char *needle);

其中haystack为要查找的字符串，needle为要查找的子串。函数返回值为指向该子串在haystack中第一次出现的位置的指针，如果未找到则返回NULL。

概述要点：

其主要功能是在一个字符串中查找另一个字符串的子串，如果找到，则返回该子串在原字符串中首次出现的位置；如果未找到，则返回NULL。
strstr函数区分大小写。如果需要不区分大小写的查找，可以使用strcasestr函数。

演示代码：

#include 
#include 
int main()
{
	char str[] = "This is a simple string";
	char* pch;
	pch = strstr(str, "simple");
	puts(pch);
	return 0;
}

模拟实现strstr函数

#include 
#include 
char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{
	char* cp = (char*)str1;
	char* s1, * s2;
	if (!*str2)
		return((char*)str1);
	while (*cp)
	{
		s1 = cp;
		s2 = (char*)str2;
		while (*s1 && *s2 && !(*s1 - *s2))
			s1++, s2++;
		if (!*s2)
			return(cp);
		cp++;
	}
	return(NULL);
}
int main()
{
	char str[] = "This is a simple string";
	char* pch;
	pch = my_strstr(str, "simple");
	puts(pch);
	return 0;
}

strtok

函数介绍

strtok函数是C语言字符串处理函数之一，用于将一个字符串分割成一段一段的小字符串。
函数原型：

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

其中，str是要分割的字符串，sep则是用来指定分割位置的分隔符。开发者可以连续调用strtok函数来分割同一个字符串，直到字符串被完全分割成为止。每次调用strtok函数都会返回分割后的小字符串，如果没有可分割的字符串则返回NULL。注意：strtok函数是有副作用的，它会修改输入的字符串，所以在使用时应该小心。

概述要点：

• sep参数是个字符串，定义了用作分隔符的字符集合
• 第一个参数指定一个字符串，它包含了0个或者多个由sep字符串中一个或者多个分隔符分割的标 记。
• strtok函数找到str中的下一个标记，并将其用 \0 结尾，返回一个指向这个标记的指针。（注:strtok函数会改变被操作的字符串，所以在使用strtok函数切分的字符串一般都是临时拷贝的内容 并且可修改。）
• strtok函数的第一个参数不为 NULL ，函数将找到str中第一个标记，strtok函数将保存它在字符串 中的位置。
• strtok函数的第一个参数为 NULL ，函数将在同一个字符串中被保存的位置开始，查找下一个标 记。
• 如果字符串中不存在更多的标记，则返回 NULL 指针。

演示代码：

#include 
#include 
int main()
{
	char* p = "[email protected]";
	const char* sep = ".@";
	char arr[30];
	char* str = NULL;
	strcpy(arr, p);//将数据拷贝一份，处理arr数组的内容
	for (str = strtok(arr, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep))
	{
		printf("%s\n", str);//输出 hello word 666
	}
}

模拟实现strtok函数

下面是用C语言模拟实现strtok函数的示例代码：

#include 
#include 

char* my_strtok(char* str, const char* delim)
{
    static char* p = NULL;
    if (str != NULL)
    {
        p = str;
    }
    else if (p == NULL)
    {
        return NULL;
    }
    char* ret = p;
    while (*p != '\0')
    {
        const char* q = delim;
        while (*q != '\0')
        {
            if (*p == *q)
            {
                *p = '\0';
                p++;
                if (*ret != '\0')
                {
                    return ret;
                }
                else
                {
                    ret = p;
                    break;
                }
            }
            q++;
        }
        if (*ret == '\0')
        {
            ret++;
        }
        else if (*p != '\0')
        {
            p++;
        }
    }
    p = NULL;
    return ret;
}

int main()
{
    char str[] = "hello,world!nice,to,meet,you";
    const char delim[] = "!,";
    char* ptr = my_strtok(str, delim);
    while (ptr != NULL)
    {
        printf("%s\n", ptr);
        ptr = my_strtok(NULL, delim);
    }
    return 0;
}

五、字符分类函数

常见的字符分类函数

C语言中提供了一系列的字符分类函数，常见的包括：

函数	如果他的参数符合下列条件就返回真
iscntrl	任何控制字符
isspace	空白字符：空格‘ ’，换页‘\f’，换行’\n’，回车‘\r’，制表符’\t’或者垂直制表符’\v’ isdigit 十进制数字 0~9
isxdigit	十六进制数字，包括所有十进制数字，小写字母af，大写字母AF
islower	小写字母a~z
isupper	大写字母A~Z
isalpha	字母a~z 或 A~Z
isalnum	字母或者数字，a~z , A~Z ,0~9
ispunct	标点符号，任何不属于数字或者字母的图形字符（可打印）
isgraph	任何图形字符
isprint	任何可打印字符，包括图形字符和空白字符

这些函数都定义在头文件中，可以用于对字符进行判断和处理。

六、字符转换函数（大小写转换）

字符转换函数是C语言提供的用于将字符或字符串在不同字符集之间进行转换的函数。

常见的字符转换函数

1. toupper：将小写字母转换为大写字母。

int toupper(int c);

2. tolower：将大写字母转换为小写字母。

int tolower(int c);

3. atoi：将字符串转换为整数。如果字符串不能转换为整数，则返回0。

int atoi(const char *str);

4. atof：将字符串转换为双精度浮点数。如果字符串不能转换为双精度浮点数，则返回0.0。

double atof(const char *str);

5. strtol：将字符串转换为长整型整数。

long int strtol(const char *str, char **endptr, int base);

6. wcstombs：将wchar_t类型的字符串转换为char类型的字符串。

size_t wcstombs(char *s, const wchar_t *pwcs, size_t n);

7. mbstowcs：将char类型的字符串转换为wchar_t类型的字符串。

size_t mbstowcs(wchar_t *pwcs, const char *s, size_t n);

需要注意的是，以上转换函数在转换时都要考虑当前的本地环境，因此在不同的本地环境下可能会有不同的转换结果。

七、总结

• 在使用字符串库函数时，需要加上头文件 ,即在程序开头加上#include
• 介绍字符串函数的原型、使用演示及概述要点
• 介绍了什么是长度不受限制的字符串函数及长度受限制的字符串函数
• 模拟实现strlen、strcpy、strcat、strcmp、strstr、strtok函数

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