C语言 字符串、内存处理函数 qsort函数

关键字

非安全函数：strlen，sizeof，strcpy，strncpy，strcat，strncat，strcmp，strncmp，strtok，memcpy，atoi, memmove，memset
安全函数：所有的非安全函数后缀 _s
排序函数：qsort，对一维数组排序，二维数组排序，二维char数组排序
类型：size_t
本文所有函数参数定义来源于 Microsoft 文档

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灵魂拷问

其实上述的函数都不是很难，但总是有一些小坑，所以我特意设置一些问题，如果你都答对的话基本上就都掌握了。

• strlen和sizeof的返回值是什么类型？为什么要用这个类型？
• sizeof一个指针变量（数组头），你得到的是它所代表的数组的大小，还是指针本身的大小?
• int arr[10]; sizeof(arr)的答案又是什么？
• strcpy 和 strncpy source会不会自动加上截止符？
• strcat 和strncat source会不会自动加上截止符？
• qsort 对二维数组排序怎么写，如果每排首个元素大小一样，就依次比下去。
• strtok实际用法
• memmove 和 memcpy 会把最后的截止符也复制么？二者的区别是什么？
• 你除了用memset给数组赋值过 0 ，还赋值过其他值么？如果第二个参数是 -1会怎么样？ 1 呢？

int main()
{   
    int *arr = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
    memset(arr, -1, sizeof(int) * 10);  // 如果全都赋值 -1 会怎么样？
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d\n", arr[i]);
    }
}

int main()
{   
    int *arr = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
    memset(arr, 1, sizeof(int) * 10);  // 如果全都赋值1会怎么样？
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d\n", arr[i]);
    }
}

• 请问这条代码，int arr[10] = {1};，arr的每一项分别是什么？
• 请问这个qsort的cmp函数有什么问题么？

    int compare(const void *a, const void *b){
        return (struct element *)a->val - (struct element *)b->val;
    }

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灵魂拷问答案

• size_t类型，后面有解释
• sizeof指针变量会得到这个指针本身的大小
• int arr[10]; sizeof(arr) 会得到整个数组的大小
• strcpy会。
  strncpy取决于 n 大小，如果n小于源长度，那么不会。大于源长度，会。
• strcat strncat 都会在结尾加上 截止符。
• qsort内容看后面。
• memmove memcpy是纯内存操作，看你复制了什么过去。不会主动加东西。
• memsetmemset填充，是以字节为单位，而不是以元素为单位。，这就是为什么你赋值0和-1都可以，但是1不行。因为赋值 -1 的时候，补码全都是1，最后也得到-1， 0也是一样。但是1不行。
• arr的第一项是1，但是后面都是0（在我的编译器上是这样的）。
• 优先级问题，强制类型转换优先级，小于 ->，所以程序会报错

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size_t 类型

总结自 size_t 知乎的一篇文章，我觉得没必要研究的那么深入，先把他搞清楚是什么，怎么用，然后自己开始学着用就行了。
个人理解是，把它当成 unsigned int就行了，这是一个无符号数。C标准使用size_t的初衷是，为了方便移植。比如说在一个32位系统上，size_t代表了unsigned int，但是一到了64位系统上，它就适应系统，变成了unsigned long。因为size_t的取值range是目标平台下最大可能的数组尺寸。在我的电脑上，返回的是unsigned long long，每次printf都得用 "%llu"。

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qsort 快速排序

void qsort(
   void *base,
   size_t number,
   size_t width,
   int (__cdecl *compare )(const void *, const void *)
);

int cmp(const void *a, const void *b);

• 为了让qsort可以对不同类型的指针进行排序，第一个参数是void类型的指针，不管是什么类型的指针，都可以被强制类型转换为void型的指针。这也解释了为什么qsort要使用第三个参数 width，因为不同类型的数组，每个元素占的大小是不同的，而qsort不清楚它需要每隔多少个字节去获得一个元素。
• 最后一个参数cmp，是一个指向函数的指针。cmp的两个参数是待比较的，如果第一个数大于第二个数，正序排序，反之亦然。函数名作为参数时就是函数的地址，所以最后一个参数直接写cmp就好。
• cmp函数的参数也是void类型的指针，也好理解，是为了让qosrt有通用性，第一个参数都是 void *base，cmp也得是void。
• qsort对一维double数组排序，cmp写法

int cmp (const void *p1, const void *p2){
    const double *a1 = (const double *)p1;  // 因为p1的类型时void， 所以需要先强制类型转换成 double
    const double *a2 = (const double *)p2;
    return *a1 - *a2;
}

int cmp (const void *p1, const void *p2){
    return *((const double *)p1) - *((const double *)p1);  // 写的简短一点就这样子
}

• qsort对二维double数组排序，cmp写法。
  有一块经常报错，记得qsort本体的第三个参数要改一下，因为这个是排和排之间排序，所以得把要排序的元素搞清楚

qsort(arr, arrSize, sizeof(arr[0]), cmp); 

如果只是想对第一个元素排序，那就用下面的代码。

int cmp(const void *p1,const void *p2)
{
    const int *a1 = (const int *)p1;
    const int *a2 = (const int *)p2;
    return *a1 - *a2;
}

下面这种排序是，排序每排的第一个元素，如果一样大，再排后面的。 但是这个代码有很大问题，假设第一排和第二排元素完全一致，这排到最后怕是要溢出。我自己试了一下，倒是没有报错，也不知道怎么回事。将来再探究下。

int cmp(const void *p1,const void *p2)
{
    const int *a1 = (const int *)p1;
    const int *a2 = (const int *)p2;
    if(*a1 != *a2)
        return *a1 - *a2;
    return cmp(a1 + 1, a2 + 1);
}

• qsort对二维char数组排序

int cmp(const void *p1,const void *p2)
{
    const char *a1 = (const char *)p1;
    const char *a2 = (const char *)p2;
    return strcmp(a1,a2);
}

• qsort 对结构体struct的一项进行排序
  有个小坑要注意一下，强制类型转换的优先级，是小于 ->符号的优先级的，所以cmp里面记得多包括号

 int compare(const void *a, const void *b){
    return ((struct element *)a)->val - ((struct element *)b)->val;
 }

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strlen and sizeof

size_t strlen(
   const char *str
);

把他们放到一块说，是因为他们的返回值，都是size_t，也就是说，都是无符号数。
他们都可以算一个字符串的长度，strlen不会把截止符'\0'算进去，但是sizeof会。
当然sizeof的用处更大一点，可以直接计算出来一个类型占据的空间。

不过sizeof也有个小坑，那就是不要使用sizeof对指针变量求值。如果你要用memset对一个被malloc出来的整型数组赋值，那么你可必须要用 sizeof(int) * arrSize 而不是 sizeof(arr)。因为在当前

int main()
{   
    int a[10];
    int *arr = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
    printf("%llu\n", sizeof(a));      // 这个是 40
    printf("%llu", sizeof(arr));      // 这个是 8,sizeof计算了int 类型指针变量的大小
}

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strcpy and strncpy

下面是他们的定义

char *strcpy(
   char *strDestination,
   const char *strSource
);

char *strncpy(
   char *strDest,
   const char *strSource,
   size_t count
);

strncpy的第三个参数的意思是，从source复制 n 个字符到str，比strcpy智能一点，但是也不能保证这个 n 比destination就小，所以想达到真正的安全，还是得用安全函数。
另外strcpy会包含截止符'\0'，但是 strncpy 取决于参数 n 的大小。
如果 第三个参数 n 小于source长度，那么只会把 n 个字符给整进去，不会以 '\0' 结尾，你要自己加。
如果n 大于 source 长度，那么会把整个source都给整进去，多出来的用截止符填充，所以用 '\0' 结尾。

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strcat and strncat

char *strcat(
   char *strDestination,
   const char *strSource
);

char *strncat(
   char *strDest,
   const char *strSource,
   size_t count
);

上面那俩是直接覆盖，这两个是拼接，把source拼到destination后面。当然，都不安全。strncpy也就图一乐，真要安全还得安全函数。哈哈哈哈哈哈哈。
strcat的source会直接把dest的截止符'\0'给覆盖了，最后自带一个截止符。
strncat 和strncpy不一样，不管n的大小，结尾自动带一个截止符'\0'。但是strncpy如果n过大，会填充截止符，但是strncat不会填充。

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memmove and memcpy

void *memcpy(
   void *dest,
   const void *src,
   size_t count
);

void *memmove(
   void *dest,
   const void *src,
   size_t count
);

名字里一带 “mem”这说明是在内存层面上操作了。
所以就看第三个参数 n ，n是多大，就复制了多少字节过去。
内存操作不自动添加截止符，所以就看n的大小，有没有把截止符复制过去。
memmove相对来说比memcpy安全一点，因为它先把src复制到一个temp里面，然后再复制过去。所以避免了两个指针空间重叠的问题。缺点就是浪费资源，所以酌情使用。

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memset

void *memset(
   void *dest,
   int c,
   size_t count
);

切记，memset填充，是以字节为单位，而不是以元素为单位。

int main()
{   
    int *arr = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
    memset(arr, 1, sizeof(int) * 10);  // 如果全都赋值1会怎么样？
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d\n", arr[i]);
    }
}

memset之后的存储空间的值是：
0x01010101 0x01010101 0x01010101 0x01010101 0x01010101 0x01010101 0x01010101 0x01010101 0x01010101 0x01010101

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strtok

char *strtok(
   char *strToken,
   const char *strDelimit
);

下面直接给一个strtok的具体用法

int main(){
    char str[20] = "Nov 10th 2020";
    char *word;
    char **str2 = (char **)malloc(sizeof(char *) * 3);
    
    word = strtok(str, " ");
    int i = 0;
    while (word != NULL) {
        printf("%s\n", word);
        str2[i] = word;
        word = strtok(NULL, " ");
        i++;
    }

    for (int i =0; i < 3; i++) {
        printf("%s\n", str2[i]);
    }
    printf("now, str turns to %s", str);   // 这条代码为了检验 str是否被改变， 事实上他被改变成了 Nov
    return 0;
}

它的用法就是，第一次使用，把一个字符数组作为参数放进去，第二个参数输入词和词之间的间隔符，然后就能获得第一个间隔符前面的字符串。之后一次使用要在while里面，把NULL循环作为第一个参数，继续获得word，直到获得的最后一个word是截止符'\0'，while中断，分割完成。

其实我也不知道为什么strtok需要在 while 循环里面用一个 NULL 来做第一个参数，但是，它就是这么用的。咱们先记住，先会用，再研究。

strtok的一个常见错误是，把常量赋值给指针，然后再作为strtok里面的第一个参数，因为该函数会改变字符串，所以会报出改变常量的 “Segmentation fault”错误。
所以不要把char str[20] = "Nov 10th 2020"; 改成 char *str = "Nov 10th 2020";

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atoi

int atoi(
   const char *str
);

使用很简单，把字符串扔进去，然后返回int，注意用的时候别溢出int

int main(void) {
    char *str = " 110N2020NOV";
    //char str[20] = " 110N2020NOV";  // 不管是字符数组还是指针，二者均可执行
    int val = atoi(str);
    printf("%d", val);
}

但是我做了几个实验，我发现，第一个数字之前，可以有空格，但是不能有字母，这样子它才能读取到第一个整数，如果它先看到字符串的话，最后 val 返回值为 0。如果它看到了数字，那么遇到第一个不是数字的字符，读取就结束，返回已经读取的东西。