C语言突破进阶-字符串与内存函数

0. Intro

我们平常经常使用的字符串和字符函数有如下几个

求字符串长度
strlen
长度不受限制的字符串函数
strcpy
strcat
strcmp
长度受限制的字符串函数介绍
strncpy
strncat
strncmp
字符串查找
strstr
strtok
错误信息报告
strerror
字符操作
内存操作函数
memcpy
memmove
memset
memcmp

本文的目标就是力求理解这些函数，并尝试模拟实现它们

1. strlen

size_t strlen ( const char * str );

strlen的返回值是size_t，这size_t也就是unsigned int

模拟实现strlen可以用那些方法呢？

或许可以有以下几种方法

♠️计数器的方法

❤️递归的方法

♣️指针-指针

1.0 strlen注意事项

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 )。
参数指向的字符串必须要以\0 结束。
注意函数的返回值为size_t，是无符号的（易错）

1.1 证明返回值的无符号型

int main()
{
	if (strlen("abc") - strlen("abcdef") > 0)
		printf(">");
	else
		printf("<=");

	return 0;
}

按理说3-6<0，但是如上代码的输出是>，所以说其实size_t是一个无符号值

1.2 计数器法模拟

int my_strlen(const char* str)
{
	assert(str);
	int count = 0;
	while (*str)
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}

int main() 
{
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%d\n", len);
	
	return 0;
}

1.3 递归法

int my_strlen(const char *str)
{
    assert(str);
    if (*str=='\0')
        return 0;
    else
        return 1 + my_strlen(str + 1);
}
int main()
{
    char arr[] = "abcd";
    int ret = 0;
    ret = my_strlen(arr);
    printf("ret=%d\n", ret);
    return 0;
}

1.4 指针-指针

int my_strlen(const char* p)
{
	const char*  ret = NULL;//指针位置可以改变，但是不可以改变指向的内容
	assert(p);
	ret = p;
	while (*ret != '\0')
	{
		ret++;
	}
	return ret - p;
}
int main()
{
	char arr[] = "abcdef";
	int ret = 0;
	ret = my_strlen(arr);
	printf("ret=%d\n", ret);

	return 0;
}

2. strcpy

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

在认识strcpy之前，首先认识一下长度受限函数和长度不受限函数

2.0 长度受限函数和长度不受限函数

对于strcpy来说，由于长度受限，strcpy受限于和被拷贝字符串的\0作为终止符，假如传入的被拷贝字符串没有\0的话，就会导致问题发生，比如出现乱码

int main()
{
	char arr1[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'};
	char arr2[20] = "xxxxxxxxxxxx";
	strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);
	return 0;
}

所以要使用好该函数，必须了解他的注意事项

2.1 strcpy 注意事项

Copies the C string pointed by source into the array pointed by destination,including the terminating null character (and stopping at that point).
源字符串必须以’\0’ 结束。
会将源字符串中的’\0’ 拷贝到目标空间。
目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串。
目标空间必须可变。
学会模拟实现。

2.1.1 目标空间足够大

int main()
{
	char arr1[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f','\0'};
	char arr2[3] = " ";
	strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);
	return 0;
}

空间不够大就会报错

2.1.2 目标空间要可变

int main()
{
	char arr1[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f','\0'};
	const char* p = "xxxxxxxxxx";
	strcpy(p, arr1);
	printf("%s\n",p);
	return 0;
}

强行要改是没法改的

2.2 strcpy 模拟实现

参照库函数参数要求模拟实现

注意要实现链式访问效果

char* my_strcpy( char* dest, const char* src)
{
	char* ret = dest;
	assert(src && dest);
	while (*dest++ = *src++)
	{//*src =\0 时dest也改变为\0同时跳出
		;
	}
	return ret;
}

3. strcat

3.0 认识strcat

实现的效果是字符串追加到目标中

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

3.1 strcat 注意事项

Appends a copy of the source string to the destination string. The terminating null character
in destination is overwritten by the first character of source, and a null-character is included
at the end of the new string formed by the concatenation of both in destination.
源字符串必须以’\0’ 结束。
目标空间必须有足够的大，能容纳下源字符串的内容。
目标空间必须可修改。

但是字符串自己给自己追加，如何？

3.1.1 源字符串必须以’\0’ 结束

这个原因和之前的一样

3.1.2 目标空间必须有足够的大

也和之前一样，被追加字符串空间要足够

3.1.3 目标空间必须可修改。

空间还是要可以修改才可以追加

3.1.4 strcat不能直接自我追加

但是可以先保存一份在临时变量中，再拼接

3.2 模拟实现 strcat

char *my_strcat(char* dest, const char* src)
{
	assert(dest&&src);
	char* ret = dest;
	//1. 找 目标空间中的'\0'
	while (*dest)
	{
		dest++;
	}
	//2. 追加内容到目标空间
	while (*dest++ = *src++)
	{
		;
	}
	return ret;
}

4. strcmp

4.0 认识strcmp

比较的是对应位置上字符的大小

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

4.1 标准规定

This function starts comparing the first character of each string. If they are equal to each
other, it continues with the following pairs until the characters differ or until a terminating
null-character is reached.
第一个字符串大于第二个字符串，则返回大于0的数字
第一个字符串等于第二个字符串，则返回0
第一个字符串小于第二个字符串，则返回小于0的数字

4.2 模拟实现 strcmp

int my_strcmp(const char* str1, const char*str2)
{
	assert(str1 && str2);
	while (*str1 == *str2)
	{
		if (*str1 == '\0')
			return 0;
		
		str1++;
		str2++;
	}
	return *str1 - *str2;
}

5. 长度不受限函数

5.1 strncpy

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

注意参数比原先多了一个

5.1.1 strncpy 注意事项

Copies the first num characters of source to destination. If the end of the source C string
(which is signaled by a null-character) is found before num characters have been copied,
destination is padded with zeros until a total of num characters have been written to it.
拷贝num个字符从源字符串到目标空间。
如果源字符串的长度小于num，则拷贝完源字符串之后，在目标的后边追加0，直到num个。

5.1.2 源码

char * __cdecl strncpy (
        char * dest,
        const char * source,
        size_t count
        )
{
        char *start = dest;

        while (count && (*dest++ = *source++) != '\0')    /* copy string */
                count--;

        if (count)                              /* pad out with zeroes */
                while (--count)
                        *dest++ = '\0';

        return(start);
}

5.2 strncat

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

5.2.1 strncat 注意事项

Appends the first num characters of source to destination, plus a terminating null-character.
If the length of the C string in source is less than num, only the content up to the
terminating null-character is copied.

5.2.2 源码

char * __cdecl strncat (
        char * front,
        const char * back,
        size_t count
        )
{
        char *start = front;

        while (*front++)
                ;
        front--;

        while (count--)
                if ((*front++ = *back++) == 0)
                        return(start);

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

5.3 strncmp

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

5.3.1 strncmp注意事项

:比较到出现另个字符不一样或者一个字符串结束或者num个字符全部比较完。

5.3.2 源码

int __cdecl strncmp
(
    const char *first,
    const char *last,
    size_t      count
)
{
    size_t x = 0;

    if (!count)
    {
        return 0;
    }

    /*
     * This explicit guard needed to deal correctly with boundary
     * cases: strings shorter than 4 bytes and strings longer than
     * UINT_MAX-4 bytes .
     */
    if( count >= 4 )
    {
        /* unroll by four */
        for (; x < count-4; x+=4)
        {
            first+=4;
            last +=4;

            if (*(first-4) == 0 || *(first-4) != *(last-4))
            {
                return(*(unsigned char *)(first-4) - *(unsigned char *)(last-4));
            }

            if (*(first-3) == 0 || *(first-3) != *(last-3))
            {
                return(*(unsigned char *)(first-3) - *(unsigned char *)(last-3));
            }

            if (*(first-2) == 0 || *(first-2) != *(last-2))
            {
                return(*(unsigned char *)(first-2) - *(unsigned char *)(last-2));
            }

            if (*(first-1) == 0 || *(first-1) != *(last-1))
            {
                return(*(unsigned char *)(first-1) - *(unsigned char *)(last-1));
            }
        }
    }

    /* residual loop */
    for (; x < count; x++)
    {
        if (*first == 0 || *first != *last)
        {
            return(*(unsigned char *)first - *(unsigned char *)last);
        }
        first+=1;
        last+=1;
    }
    return 0;
}

6. strstr

6.0 Intro of strstr

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

6.1 使用与注意事项

演示使用strstr

若找到返回值是传找到的地址

int main()
{
	char arr1[] = "abbbcdef";
	char arr2[] = "bbcd";

	char* ret = strstr(arr1, arr2);

	if (NULL == ret)
		printf("没找到\n");
	else
		printf("%s\n", ret);

	return 0;
}

Returns a pointer to the first occurrence of str2 in str1, or a null pointer if str2 is not part of str1.

6.2 模拟实现strstr

先讨论几种情况

找的字符串不可以是空字符串

if (*substr == '\0')
{
	return (char*)str;
}

当指针指向的字符是相等的时候substr指针往后走，str也往后走，如果sub走到空说明匹配完了，能找到

但是可能还会有特殊情况

特殊情况

上面的方法会使得bbb阻断bbc的判断

所以应该多两个指针，最好让str和substr不动，新指针向后走，同时也要创一个cur指针，默认指向源字符串的首地址，它的作用是表示判断的起始位置

	const char* s1 = str;
	const char* s2 = substr;
	const char* cur = str;

然后实现循环

什么时候终止循环？

s2到\0或s1到\0都要终止

	while (*s1 &&  *s2 && *s1 == *s2)

假如s2能走完那最好直接返回，说明找到

	if (*s2 == '\0')
			return (char*)cur;

char* my_strstr(const char* str, const char* substr)
{
	const char* s1 = str;
	const char* s2 = substr;
	const char* cur = str;

	assert(str && substr);
	if (*substr == '\0')
	{
		return (char*)str;
	}
	while (*cur)
	{
		s1 = cur;
		s2 = substr;
		while (*s1 &&  *s2 && *s1 == *s2)
		{
			s1++;
			s2++;
		}
		if (*s2 == '\0')
			return (char*)cur;
		cur++;
	}
	return NULL;
}

7. strtok

7.0 Intro of strtok

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

7.1 strtok 快速入门

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。

也就是说，strtok找第一个标记的时候,第一个不是NULL，strtok找不是第一个标记的时候，第一个标记是NULL

看一个

int main()
{
	const char* p = "@.#";
	char arr[] = "[email protected]#";
	char buf[50] = { 0 };
	strcpy(buf, arr);
	char* str = strtok(buf, p);//Danerious
	printf("%s\n", str);
	str = strtok(NULL, p);//Targerian
	printf("%s\n", str);
	str = strtok(NULL, p);//123
	printf("%s\n", str);
	//strtok - 开始返回NULL
	return 0;
}

为了防止我原来的字符串被改变，我想存在一个新的数组中，创建一份拷贝值

防止每次切割的时候都要重复调用一次，利用for循环

int main()
{
	const char* p = "@.#";
	char arr[] = "[email protected]#jkewfjw.@#";
	char buf[50] = { 0 };
	strcpy(buf, arr);
	char* str = NULL;

	for (str = strtok(buf, p); str != NULL; str=strtok(NULL, p))
	{
		printf("%s\n", str);
	}
	return 0;
}

根据这样的特性我们猜测，strtok背后是由以一个静态变量来保存的，因此可以实现剪切

8. strerror

8.0 Intro of strerror

char * strerror ( int errnum );

返回错误码，所对应的错误信息。

8.1 strerror快速入门

通过这段代码可以看到strerroer对应不同数字的报错形式，一一对应

int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%s\n", strerror(i));
	}
	return 0;
}

8.2 strerror使用情况

当库函数使用的时候，发生错误会把errno这个全局的错误变量设置为本次执行库函数产生的错误码
errno是C语言提供的一个全局变量，可以直接使用，放在errno.h文件中的

#include 
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (NULL == pf)
	{
		//出错误的原因是什么
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	//读文件
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

9. 字符分类字符

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az或AZ
isalnum	字母或者数字，az,AZ,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

9.1 字符分类函数快速入门

isspace

#include 

int main()
{
	char ch = 'w';
	if (isspace(ch))
	{
		//空白字符
	}
	else
	{

	}
	return 0;
}

isupper

int main()
{
	char ch = 0;
	ch = getchar();
	if (islower(ch))
	{
		ch = toupper(ch);
	}
	else
	{
		ch = tolower(ch);
	}
	printf("%c\n", ch);
	return 0;
}

10 .memcpy

10.0 Intro of memcpy

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

memcpy可以解决更多拷贝问题，比如说原来是strcpy只能拷贝char[]，但是现在memcpy可以拷贝int[]

由于设计者不知道memcpy会传入声明类型的指针，所以干脆采用void*的指针作为类型

10.1 memcpy快速入门

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,7,4,5 };
	int arr2[] = { 1,2,3,4,5 };
	int ret = memcpy(arr1, arr2, 9);

	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

函数memcpy从source的位置开始向后复制num个字节的数据到destination的内存位置。
这个函数在遇到’\0’ 的时候并不会停下来。
如果source和destination有任何的重叠，复制的结果都是未定义的。

10.2 模拟实现memcpy

void* my_memcpy(void* dest, const void*src, size_t num)
{
	void* ret = dest;
	assert(dest && src);
	while (num--) 
	{
		*(char*)dest = *(char*)src;
		dest = (char*)dest + 1;
		src = (char*)src + 1;
	}
	return ret;
}

但是如果当我们用下面的测试用例来尝试的话，会得到不正确的结果

关键在于，传入的参数部分是重叠的，所以可能产生覆盖

void test1()
{
	int arr3[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	my_memcpy(arr3 + 2, arr3, 5 * sizeof(arr3[0]));
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr3[i]);
	}
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

其实memcpy的任务只要能复制不重复的字符串就可以了，实现重复拷贝可以使用另外一个函数

于是就引出了另一个函数memmove

11. memmove

11.0 Intro of memmove

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

11.1 memmove 快速入门

void test1()
{
	int arr3[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	memmove(arr3, arr3+2, 20);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr3[i]);
	}
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

和memcpy的差别就是memmove函数处理的源内存块和目标内存块是可以重叠的。
如果源空间和目标空间出现重叠，就得使用memmove函数处理。

11.2 模拟实现memmove

分两种情况就可以了

void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
	void* ret = dest;
	assert(dest && src);	
	if (dest < src){
		//前->后
		while (num--){
			*(char*)dest = *(char*)src;
			dest = (char*)dest + 1;
			src = (char*)src + 1;
		}
	}else{
		//后->前
		while (num--){
			*((char*)dest+num) = *((char*)src + num);
		}
	}
	return ret;
}

12. memset

12.0 Intro of memset

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

12.1 memset 快速入门

memset修改的时候是按照字节来修改的

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	memset(arr, 'x', 10);
	return 0;
}

13. memcmp

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

13.1 memcmp快速入门

比较从ptr1和ptr2指针开始的num个字节

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,7,4,5 };
	int arr2[] = { 1,2,3,4,5 };
	int ret = memcmp(arr1, arr2, 9);

	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

小结：

关于字符串函数和字符内存相关函数就学到这里

老铁们有收获的话一定要给个赞，多多评论哦