标准C函数库的使用方法
本篇介绍若干经常使用的标准C函数的使用方法，主要介绍stdio（标准输入输出）、math（数字函数库）、time（时间函数库）、stdlib（标准函数库）string（标准字符串函数）等。
最后更新 2015-03-17
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1.1 stdio.h
标准输入/输出函数，stdio即standard input/output。当中文件操作相关API在单独一章中介绍。
| #include <stdio.h> char getchar(void); // 控制台输入一个字符 int putchar(int c); // 控制台输出一个字符 char *gets(char *s); // 控制台输入一个字符串 int puts(const char *s); // 控制台输出一个字符串 int printf(const char *format, ...); // 控制台格式化输出 int scanf(const char *format, ...); // 控制台格式化输入 int sprintf(char *s, const char *format, ...); // 字符串格式化输出 int sscanf(const char *s, const char *format, ...); // 字符串格式化输入
|
1.1.4 sprintf与sscanf
适用于string版本号的格式化输入/输出。其目标不是控制台，而是一个字符串。这两个函数很实用。
用sprintf格式化一个字符串，比如，
char buf [256]; sprintf (buf, "Name: %s, Age: %d, Height: %.2f \n", “LiMing", 30, 1.68 );
此代码将目标buf格式化为: Name: LiMing, Age 30, Height: 1.68
用sscanf从一个具有格式的字符串中提取固定字段，和scanf的使用方法类似，要求在格式上要严格匹配。
下面代码从字符中提供取年月日的值。
char* src = "2014-12-11";
int year, month, day;
int n = sscanf ( src,
"%d-%d-%d",
&year, &month, &day);
if( n == 3)
{
// 成功提取了全部字段
}
1.2 math.h
提供了一系列数学相关的函数，如三角函数、指数/对数、幂/根号等。
| #include <math.h> double abs(double x); // 取绝对值 double cos(double x); // 余弦cos, 參数是弧度值 double sin(double x); // 正弦sin, 參数是弧度值 double tan(double x); // 正切 tan, 參数是弧度值 double ceil(double x); // 向上取整, 即不小于x的最小整数 double floor(double x); // 向下取整, 即不大于x的最大整数 double exp(double x); // 求ex double log(double x); // ln(x), 以e为底的对数 double log10(double x); // lg(x), 以10为底的对数 double pow(double x, double y); // 求幂xy double sqrt(double x); // 求平方根 x1/2 |
须要补充说明的是，这里所列的差点儿全部函数都至少有2个版本号，各自是double型和float型參数。比如，
double sqrt(double x); float sqrt(float x);
下面代码编译错误。
double result = sqrt (16); // 编译错误
为什么会有编译错误呢？由于字面常量16是int型，在匹配函数时，sqrt(float)与sqrt(double)均被匹配，int能够隐式转换成float和double。必需要显示把參数强转为double或float。
假设要对一个整数调用sqrt函数，那么就必须显式的强转成double或float。比如，
double result = sqrt ((double)16); // OK 或 float result = sqrt ((float)16); // OK
1.2.1 abs求绝对值
比如 ，
double a = abs ( -12.34);
1.2.2 cos/sin/tan三角函数
其单位都是弧度值。
比如，
#define PI 3.1415926535898 double ret = sin ( PI / 2); // sin (pi/2)结果应为1
1.2.3 ceil /floor取整
用于向上/向下取整。
比如，
double ci = ceil ( 12.87 ); // +13
double fi = floor(12.87); // +12
ci = ceil ( -12.87 ); // -12
fi = floor( -12.87); // -13
1.2.4 exp / log / log10 / pow / sqrt指数/对数/幂/平方根
点击查看此节内容，第16章
1.3 time.h
time.h中提供了时间/日期相关的函数。这里仅列出经常使用的几个函数。
| #include <time.h> struct tm *localtime(const time_t *tod); // 当“秒值”转成“年月日时分秒” time_t mktime(struct tm *tptr); // 将“年月日时分秒”转成“秒值” time_t time(time_t *tod); // 取得当前时间 |
当中。须要介绍time_t和struct tm这两个类型。
1.3.1 time_t
time_t是一个typedef的类型，眼下在各种操作系统上time_t类型都是一个整数类型。差点儿相同就是
typedef long time_t;
这样的类似的定义，在各种场合都能够觉得它是int型。当然，保险起见也能够显式的强转一下。
它的单位是秒。
time_t start = 1000;
time_t end = 1020;
printf("time eclipse: %d seconds !\n", (int)(end - start));
1.3.2 struct tm
tm是一个结构。它的定义是,
| struct tm { int tm_sec; /* seconds after the minute - [0,59] */ int tm_min; /* minutes after the hour - [0,59] */ int tm_hour; /* hours since midnight - [0,23] */ int tm_mday; /* day of the month - [1,31] */ int tm_mon; /* months since January - [0,11] */ int tm_year; /* years since 1900 */ int tm_wday; /* days since Sunday - [0,6] */ int tm_yday; /* days since January 1 - [0,365] */ }; |
它用于表示日期/时间，有几个字段组成：年，月。日，时。分，秒，weekday和yearday。当中，
年：从1900開始算，tm_year = 114表示年份 1900 + 114 = 2014
月：范围是[0,11], tm_mon = 11表示月份 12
日：范围是[1,31], tm_mday = 24表示该月的第24天
时: 范围是[0,23]，tm_hour = 13表示下午13时
分: 范围是[0,59], tm_min = 40表示第40分钟
秒：范围是[0,59], tm_sec = 40表示第40秒钟
tm_wday: 范围是[0,6]，星期日是0，星期一是1。... 。星期六是6
tm_yday: 范围是[0,365]。tm_yday=299，表示当年的第300天
当tm_min和tm_sec都为0时。表示整点时间。
如12:00:00。
比如，2014-12-11 11:47:12这个时间能够用以下的代码赋值：
tm info; info.tm_year = 2014 - 1900; // 2014年 info.tm_mon = 12 - 1; // 12月 info.tm_mday = 11; // 11日 info.tm_hour = 11; // 11时 info.tm_min = 47; // 47分 info.tm_sec = 12; // 12分
1.3.3 time取得系统当前时间
time函数能够取得系统当前时间，返回值是一个秒值。比如，
time_t now = time (NULL);
为什么一个整数秒值能够表示当前的时间呢？是这么规定的，time函数返回的是自1970-1-1 00:00:00这个时间点開始至当前时刻的时间差。它是一个比較大的整数。比如1418270153表示的是2014-12-11 11:55:53这个时刻。
利用time函数时能够计算程序执行了多少时间，如以下的代码：
time_t start = time (NULL);
... DoSomething ...
time_t end = time (NULL);
printf("Time cost : %d seconds", end - start );
当然这个DoSomething要执行相当时间才行，由于time的粒度较大，返回是秒值。假设你的DoSomething仅仅耗费了几毫秒的话。那么用time根本无法衡量。只是，能够成倍的量化一下，比較。将DoSomething连续运动10000次。看须要的总时间，然后再平均一下得出单次须要的时间。
time_t start = time (NULL);
for( int i=0; i< 10000; i++)
{
... DoSomething ...
}
time_t end = time (NULL);
int avg = (end - start ) / 10000;
1.3.4 localtime()得到年月日时分秒
尽管用一个time_t整数来表示当前系统时间是比較方便的，但有时候还是希望能转化成年月日时分秒的形式来显示。毕竟肉眼无法直接看一个time_t值究竟是哪一个日期。
localtime函数能够将time_t所表示的时间转化成年月日时分秒，比如，
time_t t = time(NULL);
tm info = *localtime(&t);
printf("%04d-%2d-%02d %02d:%02d:%02d \n",
info.tm_year + 1900,
info.tm_mon + 1,
info.tm_mday,
info.tm_hour,
info.tm_min,
info.tm_sec);
localtime的返回值是tm*类型，应该用一个tm变量将内容保存起来。
其实，用time_t来记录时间更方便，仅仅用一个整数（占4个字节）就表达了日期和时间信息。在保存和传输的时候，应该尽量用time_t类型。仅仅是在终于显示的时候，用localtime转成人类易读的yyyy-mm-dd HH:MM:SS格式。
1.3.5 mktime构造时间
当已知了年月日时分秒信息，能够用mktime换算成time_t值。比如，把2014-12-11 11:47:12转成time_t值。
点击查看此节内容，第16章
1.4 stdlib.h
这一节将介绍stdlib.h里提供的API，以下列表当中基本的几个函数：
| #include <stdlib.h> double atof(const char *s); int atoi(const char *s); int rand(void); void srand(unsigned int seed); int system(const char *s); |
1.4.1 atoi / atof 字符串转成数字
比如。
int n = atoi("1280");
double f = atof("12.80");
事实上全然能够用sscanf来完毕同样的事情，比如。
int n;
double f;
sscanf("1280", "%d", &n);
sscanf("12.80", "%f", &f);
相比之下。使用atoi和atof更简洁一些。
1.4.2 rand / srand 随机数生成
在抽签、抽奖等涉及“随机事件”的应用场景中，须要随机数生成函数。由于计算机中并没有随机性和偶然性，想制造一个随机数实际上是一件比較困难的事情。要真正随机的数字。须要购置在很昂贵的硬件，这些硬件利用某些自然科学的规则来生成随机数，由于价格昂贵。所以专业的随机数生成器仅仅用于专业用途。
我们这里介绍的适用普通PC机可以胜任的“伪随机数”生成函数，可以生成近似随机的数据就行了。
rand函数用于生成随机数，该函数返回一个整数。调用下面代码測试一下：
for(int i=0; i<10; i++)
{
printf("%d \n", rand());
}
控制台输出了10个全然没有规律的数字，由于全然无规律可循，所以称它为随机数。这里为了显示方便，仅仅生成了10个随机数，实际上能够改成1000次、10000次试试，会发现它确实是杂乱无章、全然没有规律的出现的。
那么为什么说它是“伪随机数”呢？说明它没有真正的实现“随机”。
能够这么验证一下。把同样的程序重复执行数次。会发现每次程序执行输出的结果都是同样的一个序列的数字。
比如，第一次执行程序的时候输出13435 31833 5075 19863 30565 11677 1339 4096 31105 9088等10个随机数。当关闭程序再次执行时。输出的10个随机数还是这10个数。
为了解决问题。stdlib.h里提供了srand函数。srand函数用于为程序设置一个种子(seed)，当种子不同一时候。程序产生的随机数序列也不同。srand仅仅须要在程序開始时设置一次，比如。能够在main()函数開始时执行一次。种子怎么定呢？要保证程序每次执行时，这个种子的值不同，一般来说是取系统时间来作为种子的。
void main()
{
srand (time (NULL));
... do something else ...
}
每次程序执行时。time(NULL)返回的时间是不同的，于是srand每次都是使用了不同的种子。在程序中再调用rand()来生成随机数时，会发现每次程序执行生成的随机数序列是不同的。
在实际应用中怎样使用rand函数呢？比如。有一种彩票叫“七星彩”，每次生成的中奖号码是7个届于0~9之间的随机数字。
能够用rand来随机生成一注号码。
void main()
{
srand (time (NULL));
int code[7]; // 一注号码为7个数字
for(int i=0; i<7; i++)
{
int r = rand () % 10; // 取模使每一个数字界于0~9之间
code[i] = r;
}
}
注意，一般都要为rand()生的随机数指定一个区间。
生成[100,120]之间的随机数，
int r = 100 + rand () % 20;
生成[0,1]区间的随机小数。
double r = rand()/ (double)RAND_MAX;
当中, RAND_MAX在VC下的定义是32767。在其它操作系统下可能是其它值。
例题：给定10个数，要求从中每次随机选出5个数。
思路：首先，从10个数里面随机挑选出1个数，然后再从剩下的9个数里挑选1个，然后再从剩下的8个数里挑选1个......
设计：用一个flags数组来表示哪个数已经被选中了。比如 flags[3] = 1表示第第4个数已经被选中。flags[9]=0表示第10个数未被选中。
点击查看此节内容。第16章1.4.3 system 调用系统命令行
用system函数能够调用系统命令行。在windows下能够运行DOS命令行, 在linux下SHELL命令行。比方。删除d:\aaa.pdf这个文件，
system ("del /F /Q d:\\aaa.pdf");
事实上原则上并不限于DOS命令，所以的命令行都能够执行的。
比如，调用浏览器打开一个站点，
system ("explorer http://www.afanihao.cn");
1.5 string.h
string.h中提供了一系统内存操作函数及字符串操作函数。在学习本节之前，一定要先学习第15章中，掌握字符串的意义。
| #include <string.h> char *strcat(char *s1, const char *s2); // 拼接字符串 char *strchr(char *s, int c); // 查找字符 int strcmp(const char *s1, const char *s2); // 字符串比較 char *strcpy(char *s1, const char *s2); // 拷贝字符串 char *strstr(char *s1, const char *s2); // 查找子串 size_t strlen(const char *s); // 计算长度
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n); //按内存比較 void *memcpy(void *s1, const void *s2, size_t n); // 按内存拷贝 void *memmove(void *s1, const void *s2, size_t n); // 移动数据 void *memset(void *s, int c, size_t n); // 按字节填充内存 |
1.5.1 strcpy拷贝字符串
strcpy(a,b)用于将字符串b复制到目标缓冲区，
如，
char buf[128]; strcpy(buf, "LiMing"); // 目标缓冲区内容拷贝为"LiMing"
1.5.2 strcat拼接字符串
strcat(a,b)用于将字符串b拼接于字符串a，也就是说把字符串复制到目标字符串的末尾。
此函数要求目标缓冲区足够大。
#include <string.h>
void main()
{
char a [128] = "hello";
char b [] = "world";
strcat(a, b); // 目标a结果为"helloworld"
}
1.5.3 strcmp比較字符串
关于字符串比較的意义在第15章已经讲述。
strcmp(a,b)用于比較字符串，当返回为0时表示全然相等。小于0时表示a<b，大于0时表示a>b。
int ret = strcmp("Jack", "Jacky"); // 返回值 ret=-1，表示"Jack"<"Jacky"
1.5.4 strlen求字符串长度
字符串求长度时，结束符'\0'不计算在内。比如，
int n = strlen("LiMing"); // 返回长度n为6
1.5.5 strchr查找字符
strchr(s, c)用于在字符串s中查找字符c。并返回第一处匹配的位置。
其返回值是char*类型，表示匹配的位置。
char* s = "LiMing";
char* p = strchr(s, 'M'); // 返回值p指向字符'M'的地址
if(p!= NULL)
{
printf("find: %s \n", p);
}
1.5.6 strstr查找子串
点击查看此节内容，第16章1.5.7 memset内存填充
memset(s, c, n)用于向目标缓冲区s中加入n个同样的字符c。比如， unsigned char buf[128]; memset(buf, 0, sizeof(buf)); // 所有填充为0 memset(buf, 0xFF, 128); // 所有填充为0xFF memset(buf, 0x55, 100); // 前100个字节填充为0x55 memset(buf+100, 0x77, 10); // 100..109填充为0x77
1.5.8 memcpy内存拷贝
点击查看此节内容，第16章
1.5.9 memcmp内存比較
点击查看此节内容。第16章
当中。a和b的比較是easy得出结果的 ，但a与c的比較呢？因为要转成unsigned char再比較，所以c>a。
1.5.10 memmove移动数据
memmove(dst, src, n)用于在内存中移动数据，将開始于src的n个字节移动到dst位置，这个函数的强大之处在于它同意src和dst有交迭。
比如，利用这个函数我们能够实如今字符串中插入字符，当插入字符串假设将插入点之后的全部字符后移，
点击查看此节内容，第16章点击查看此节内容，第16章
1.6 stdarg.h
stdarg.h中的接口用于实现省略号參数。在函数中以前指出，函数參数有一个特殊形式。就是不指定个数和类型，直接用省略号表示。
void test (...)
当參数为省略号时。能够输入随意个数的參数，并且參数的类型不受限制。
我们观察printf函数的原型，发现它就是使用了省略号參数，
int printf(const char *format, ...);
printf的第一个參数为字符串类型。用于传递格式參数, 而后面的省略号处能够传递0..N个參数。这样的灵活的传參方式在某此特殊场合会用到。
以下就指出一种应用需求并给出事实上现方法。
需求：自己定义一个函数用于日志输出，在输出的时候自己主动加入日期时期信息、日志等级，其原型要求是这样的形式。
void log(int level, const char* fmt, ...);
当中, level为日志级别：level=0时。显示ERR, level=1时显示:WRN, level=2时显示INF, level=3时显示DBG。
在调用的时候要求跟printf类似地使用格式化控制符来控制输出，并前缀以日期显示：
log(0, “My name is %s, I'm %d years old.\n”, “Jennifer”, 30);
此需求实际上就是要实现一个自己定义的打印函数，
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdarg.h>
void log(int level, const char* fmt, ...)
{
// 打印日志等级
const char* token = "DBG";
switch(level)
{
case 0: token = "ERR"; break;
case 1: token = "WRN"; break;
case 2: token = "INF"; break;
case 3: token = "DBG"; break;
}
printf("[ %s ] ", token);
// 将省略号參数格式化成字符串
char buf[512];
va_list args;
va_start(args, fmt);
vsprintf(buf, fmt, args);
va_end(args);
printf(buf);
}
int main()
{
log(2, "Name: %s, Age: %d.\n", "LiMing", 30);
return 0;
}
对省略号參数的核心处理是这几行代码：
va_list args; va_start(args, fmt); ... 此处已经将參数取得在args里... va_end(args);
可以以va_list作为參数的函数有vsprintf, vprintf, vfprintf。其原型是：
| int vprintf(const char *format, va_list ap); // 输出到控制台 int vsprintf(char *s, const char *format, va_list ap); // 输出到字符串缓冲区 int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list ap); // 输出到文件流 |
1.7 习题
1) 求三角函数值：sin(30°), tan(45°)
2) 取得系统当前的日期和日期。并打印输出。比如“2015-03-03 16:40:01”
3) 某人的生日是1982年3月1日，求出这一天是周几。
4) 当前日期是2015-03-03。请计算出128天以后的日期。并打印出来。
5) 双色球机选一注的规则是：从编号为1，2，...，33的红球内随机选出6个不同的红球，并从编号为1。2。...，16的蓝球内随机选中1个蓝球。
试编写函数。实际机选功能。
void red_balls (int selected[] ); // 当中selected为输出參数
void blue_ball (int* selected); // 当中selected为输出參数
6) 提示用户输入一个字符串：当输入为YES/yes/Yes，打印输出“您已允许”；当输入为NO/no/No时，打印输出“您已拒绝”。
7) 有一段字符文本以\r\n作为行尾结束符，请写一个函数，把每行的内容依次打印出来并在前面加上行号。
比如。输入文本为"Hello\r\nWorld\r\nGood Morning\r\nOK"。输出为：
01 Hello
02 World
03 Goold Morning
04 OK