字符函数和字符串函数(全面讲解)

在编程的过程中，我们经常要处理字符和字符串，为了⽅便操作字符和字符串，C语⾔标准库中提供了⼀系列库函数，接下来我们就学习⼀下这些函数。

1. 字符分类函数

C语⾔中有⼀系列的函数是专⻔做字符分类的，也就是⼀个字符是属于什么类型的字符的。这些函数的使⽤都需要包含⼀个头⽂件是ctype.h

1.1 islower函数

int islower ( int c );

islower 是能够判断参数部分的 c 是否是⼩写字⺟的。

通过返回值来说明是否是⼩写字⺟，如果是⼩写字⺟就返回⾮0的整数，如果不是⼩写字⺟，则返回0。

练习：
写⼀个代码，将字符串中的⼩写字⺟转⼤写，其他字符不变。

#include 
#include 
int main()
{
	char str[] = "Hello WorLd";
	int i = 0;
	while (str[i])
	{
		if (islower(str[i]))
		{
			str[i] -= 32;
		}
		putchar(str[i]);
		i++;
	}
	return 0;
}

运行结果如图：

2. 字符转换函数

C语⾔提供了2个字符转换函数：

int tolower ( int c ); //将参数传进去的⼤写字⺟转⼩写 
int toupper ( int c ); //将参数传进去的⼩写字⺟转⼤写

上⾯的代码，我们将⼩写转⼤写，是-32完成的效果，有了转换函数，就可以直接使⽤ tolower 函数。

#include 
int main()
{
	int i = 0;
	char str[] = "Hello WorLd";
	char c;
	while (str[i])
	{
		c = str[i];
		if (islower(c))
			c = toupper(c);
		putchar(c);
		i++;
	}
	return 0;
}

运行结果：

3. strlen的使用和模拟实现

size_t strlen ( const char * str );

• 字符串以 ‘\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 ）
• strlen的使⽤需要包含头⽂件

#include 
#include 
int main()
{
	const char* str1 = "abcdef";
	const char* str2 = "bbb";
	if (strlen(str2) - strlen(str1) > 0)
	{
		printf("str2>str1\n");
	}
	else
	{
		printf("srt1>str2\n");
	}
	return 0;
}

运行结果如图：

因为，strlen返回值是size_t类型，无符号数相减还是无符号数，所以，结果不可能为负数

strlen的模拟实现

方式1：

//计数器⽅式
int my_strlen(const char* str)
{
	int count = 0;
	assert(str);
	while (*str)
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}

方式2：

mystlen("abcdef")
1 + mystrlen("bcdef")
1 + 1 + mystrlen("cdef")
1 + 1 + 1 + mystrlen("def")
1 + 1 + 1 + 1 + mystrlen("ef")
1 + 1 + 1 + 1 + 1 + mystrlen("f")
1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + mystrlen("")
1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 0

#include 
#include 
//不能创建临时变量计数器
size_t my_strlen(const char* str)
{
	assert(str);
	if (*str == '\0')
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		return 1 + my_strlen(str + 1);
	}
}

int main()
{
	char arr[] = "abcdef";
	int ret = my_strlen(arr);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

运行结果:

方式3：

#include 
#include 
//指针-指针的方式
size_t my_strlen(const char* str)
{
	assert(str);
	char* start = str;
	while (*str != '\0')
		str++;
	return str - start;
}

int main()
{
	char arr[] = "abcdef";
	int ret = my_strlen(arr);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

运行结果如图:

4. strcpy 的使用和模拟实现

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

• 源字符串必须以 ‘\0’ 结束。
• 会将源字符串中的 ‘\0’ 拷⻉到⽬标空间。
• ⽬标空间必须⾜够⼤，以确保能存放源字符串。
• ⽬标空间必须可修改。

strcpy的模拟实现:：

#include 
#include 

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

int main()
{
	char arr1[20] = { 0 };
	char arr2[] = "abcdef";
	my_strcpy(arr1, arr2);
	printf("%s\n", arr1);
	return 0;
}

运行结果:

这个代码还可以简化为这样

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

int main()
{
	char arr1[20] = { 0 };
	char arr2[] = "abcdef";
	my_strcpy(arr1, arr2);
	printf("%s\n", arr1);
	return 0;
}

运行结果如图:

5. strcat 的使用和模拟实现

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

• 源字符串必须以 ‘\0’ 结束。
• ⽬标字符串中也得有 \0 ，否则没办法知道追加从哪⾥开始。
• 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。

模拟实现strcat函数：

#include 
#include 
char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
	assert(dest && src);
	char* ret = dest;
	//1. 找到目标空间起始地址
	while (*dest)
	{
		dest++;
	}
	//2. 拷贝
	while (*dest++ = *src++)
	{
		;
	}
	return ret;
}

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

运行结果如图:

6. strcmp 的使用和模拟实现

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

• 标准规定：
  • 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
  • 那么如何判断两个字符串？ ⽐较两个字符串中对应位置上字符ASCII码值的⼤⼩。

strcmp函数的模拟实现：

#include 
#include 

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

int main()
{
	char arr1[] = "abcdef";
	char arr2[] = "acde";
	int ret = my_strcmp(arr1, arr2);
	if (ret > 0)
	{
		printf("大于\n");
	}
	else if (ret < 0)
	{
		printf("小于\n");
	}
	else
	{
		printf("等于\n");
	}
}

方法二

#include 
#include 

int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);
	//在str1,str2有效范围内查找
	while (*str1 != '\0' && *str2 != '\0')
	{
		if (*str1 == *str2)
		{
			str1++;
			str2++;
		}
		//不相等跳出循环
		else
		{
			break;
		}
	}
	if (*str1 == *str2 && *str1 == '\0')
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		return *str1 - *str2;
	}
}

int main()
{
	char arr1[] = "abcde";
	char arr2[] = "abcde";
	int ret = my_strcmp(arr1, arr2);
	if (ret > 0)
	{
		printf("大于\n");
	}
	else if (ret < 0)
	{
		printf("小于\n");
	}
	else
	{
		printf("等于\n");
	}
}

7. strncpy 函数的使用

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

• 拷⻉num个字符从源字符串到⽬标空间。
• 如果源字符串的⻓度⼩于num，则拷⻉完源字符串之后，在⽬标的后边追加0，直到num个。

#include 
#include 
int main()
{
	char arr1[20] = "xxxxxxxxx";
	char arr2[] = "hello";
	strncpy(arr1, arr2, 7);
	return 0;
}

通过监视可以观察到:

如果源字符串的⻓度⼩于num，则拷⻉完源字符串之后，在⽬标的后边追加0，直到num个。

8. strncat 函数的使用

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

• 将source指向字符串的前num个字符追加到destination指向的字符串末尾，再追加⼀个 \0 字符。
• 如果source 指向的字符串的⻓度⼩于num的时候，只会将字符串中到\0 的内容追加到destination指向的字符串末尾。

#include 
#include 
int main()
{
	char arr1[20] = "hello\0xxxxxx";
	char arr2[] = "world";
	strncat(arr1, arr2, 7);
	return 0;
}

通过监视可以观察到:

如果source 指向的字符串的⻓度⼩于num的时候，只会将字符串中到\0 的内容追加到destination指向的字符串末尾。

9. strncmp函数的使用

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

⽐较str1和str2的前num个字符，如果相等就继续往后⽐较，最多⽐较num个字⺟，如果提前发现不⼀样，就提前结束，⼤的字符所在的字符串⼤于另外⼀个。如果num个字符都相等，就是相等返回0.

#include 
#include 
int main()
{
	char arr1[] = "abcdef";
	char arr2[] = "abcd";
	int ret = strncmp(arr1, arr2,4 );
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

运行结果如图:

10. strstr 的使用和模拟实现

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

• 函数返回字符串str2在字符串str1中第⼀次出现的位置。
• 字符串的⽐较匹配不包含 \0 字符，以 \0 作为结束标志。

#include 
#include 
int main()
{
	char arr1[] = "abcdefabcdef";
	char arr2[] = "def";
	char* ret = strstr(arr1, arr2);
	if (ret != NULL)
	{
		printf("%s\n", ret);
	}
	else
	{
		printf("找不到\n");
	}
	return 0;
}

运行结果如图:

返回字符串str2在字符串str1中第⼀次出现的位置

strstr的模拟实现：

#include 
#include 

char* my_strstr(const char* arr1, const char* arr2)
{
	assert(arr1 && arr2);
	const char* cur = arr1;
	const char* s1 = NULL;
	const char* s2 = NULL;

	if (*arr2 == '\0')
	{
		return (char*)arr1;
	}

	while (*cur)
	{
		s1 = cur;
		s2 = arr2;
		while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2)
		{
			s1++;
			s2++;
		}
		if (*s2 == '\0')
		{
			return (char*)cur;
		}
		cur++;
	}
	
	return NULL;
}


int main()
{
	char arr1[] = "abbbbcdef";
	char arr2[] = "bcd";
	char* ret = my_strstr(arr1,arr2);
	if (ret != NULL)
	{
		printf("%s\n", ret);
	}
	else
	{
		printf("找不到\n");
	}
	return 0;
}

运行结果如图:

11. strtok 函数的使用

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

• sep参数指向⼀个字符串，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⻉的内容并且可修改。）
• 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。

#include 
#include 
int main()
{
	char arr[] = "[email protected]";
	char arr2[30] = { 0 };
	strcpy(arr2, arr);
	const char* p = "@.";
	char* s = strtok(arr2, p);
	printf("%s\n", s);
	s = strtok(NULL, p);
	printf("%s\n", s);
	s = strtok(NULL, p);
	printf("%s\n", s);
	return 0;
}

运行结果如图:

for循环打印分隔字符串的内容

#include 
#include 

int main()
{
	char arr[] = "[email protected]";
	char arr2[30] = { 0 };
	strcpy(arr2, arr);
	const char* p = "@.";
	char* s = NULL;
	for (s = strtok(arr2, p); s != NULL; s = strtok(NULL, p))
	{
		printf("%s\n", s);
	}
	
	return 0;
}

运行结果如图:

while循环打印分隔字符串的内容

#include 
#include 

int main()
{
	char arr[] = "[email protected]";
	char arr2[30] = { 0 };
	strcpy(arr2, arr);
	const char* p = "@.";
	char* s = strtok(arr2, p);
	while (s != NULL)
	{
		printf("%s\n", s);
		s = strtok(NULL, p);
	}

	return 0;
}

运行结果如图:

12. strerror 函数的使用

char * strerror ( int errnum );

strerror函数可以把参数部分错误码对应的错误信息的字符串地址返回来。

在不同的系统和C语⾔标准库的实现中都规定了⼀些错误码，⼀般是放在 errno.h 这个头⽂件中说明的，C语⾔程序启动的时候就会使⽤⼀个全⾯的变量 errno来记录程序的当前错误码，只不过程序启动的时候 errno是0，表⽰没有错误，当我们在使⽤标准库中的函数的时候发⽣了某种错误，就会将对应的错误码，存放在 errno中，⽽⼀个错误码的数字是整数很难理解是什么意思，所以每⼀个错误码都是有对应的错误信息的。 strerror函数就可以将错误对应的错误信息字符串的地址返回。

#include 
#include 
//我们打印⼀下0~10这些错误码对应的信息
int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		printf("%d: %s\n",i, strerror(i));
	}
	return 0;
}

在Windows11+VS2022环境下输出的结果如下：

0: No error
1: Operation not permitted
2: No such file or directory
3: No such process
4: Interrupted function call
5: Input/output error
6: No such device or address
7: Arg list too long
8: Exec format error
9: Bad file descriptor
10: No child processes

举例：

#include 
#include 
#include 
int main()
{
	FILE* pFile;
	pFile = fopen("unexist.ent", "r");
	if (pFile == NULL)
		printf("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));
	return 0;
}

运行结果如图:

12. perror 函数的使用

void perror ( const char * str );

perror直接将错误信息打印出来。perror函数打印完参数部分的字符串后，再打印⼀个冒号和⼀个空格，再打印错误信息。

#include 
#include 
#include 
int main()
{
	FILE* pFile;
	pFile = fopen("unexist.ent", "r");
	if (pFile == NULL)
		perror("Error opening file unexist.ent");
	return 0;
}