【C語言】字符串和內存函數的介紹 -- 詳解

重點介紹處理字符和字符串的庫函數的使用和注意事項。
C語言中對字符和字符串的處理很是頻繁，但是C語言本身是沒有字符串類型的，字符串通常放在常量字符串中或者字符數組中。字符串常量適用于那些對它不做修改的字符串函數。

一、求字符串長度?strlen?

  • 字符串以?'\0' 作為結束標志，strlen?函數返回的是在字符串中 '\0' 前面出現的字符個數（不包含 '\0' )。
  • 參數指向的字符串必須要以 '\0' 結束。
  • （易錯點）：注意函數的返回值為?size_t，是無符號(unsigned)的。

strlen - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】（三種不同方法）

#include <stdio.h>// 1、計數器方式
size_t my_strlen(const char* str)
{size_t count = 0;while (*str){count++;str++;}return count;
}// 2、不能創建臨時變量計數器
size_t my_strlen(const char* str) 
{ if(*str == '\0'){return 0;}else {return 1 + my_strlen(str+1);}
}// 3、指針-指針的方式
size_t my_strlen(char* str) 
{char *p = str; while(*p != '\0' ) {p++;} return p-str; 
}int main()
{char arr[] = "hello world";size_t count = my_strlen(arr);printf("%zu\n", count);return 0;
}

二、長度不受限制的字符串函數

1、strcpy

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 src?必須以 '\0' 結束。
  • 會將源字符串 src 中的 '\0' 拷貝到目標空間 dest。
  • 目標空間必須足夠大，以確保能存放源字符串。
  • 目標空間必須可變，即目標空間 dest 不可以被 const 聲明。

strcpy - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】

#include <stdio.h>
#include <assert.h>char* my_strcpy(char* str2, const char* str1)
{assert(str1 && str2);char* ret = str2;while (*str2++ = *str1++){;}return ret;
}int main()
{char s1[] = "hello world";char s2[20] = { 0 };char* ret = my_strcpy(s2, s1);printf("%s\n", ret);return 0;
}

2、strcat

Appends a copy of the source string to the destination string. The terminating null character in destination is overwritten by the fifirst 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 src?必須以 '\0' 結束。
  • 將源字符串 src 中的 '\0' 一同拷貝到目標空間 dest ，并刪除 *dest 原來末尾的 '\0'。
  • 目標空間必須有足夠大，能容納下源字符串的內容。
  • 目標空間必須可修改，即目標空間 dest 不可以被 const 聲明。

strcat - C++ Reference (cplusplus.com)

🔺字符串自己給自己追加，會如何？

????????當使用 strcat 函數將一個字符串追加到自身時，可能會導致未定義的行為。strcat 函數的工作原理是在源字符串的結尾處追加目標字符串的內容，并在結尾加上空字符 '\0'。當源字符串和目標字符串是同一個字符串時，追加操作會導致源字符串的內容被破壞，因為在追加過程中，源字符串的內容會被覆蓋，最終結果會是一個不可預測的字符串。因為根據不同的編譯器和庫的版本，strcat 函數在某些情況下可能不會導致未定義行為。但是將一個字符串追加到自身仍然是一個不好的編程實踐，因為它容易引發錯誤和混亂。

????????因此，不推薦使用 strcat 函數將字符串追加到自身。如果需要將一個字符串復制到另一個字符串末尾，可以使用 strcpy 函數進行復制操作。

【模擬實現】

#include <stdio.h>
#include <assert.h>char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{char* tmp = dest;assert(dest && src);while (*dest){dest++;}while (*dest = *src){dest++;src++;}return tmp;
}int main()
{char s1[20] = "hello";char s2[] = " world";char* ret = my_strcat(s1, s2);printf("%s\n", ret);return 0;
}

3、strcmp

This function starts comparing the fifirst character of each string. If they are equal to each other, it continues with the following pairs until the characters diffffer or until a terminating null-character is reached.

?標準規定：
  • 第一個字符串大于第二個字符串，則返回大于?0?的數字。
  • 第一個字符串等于第二個字符串，則返回?0。
  • 第一個字符串小于第二個字符串，則返回小于?0?的數字。

strcmp - C++ Reference (cplusplus.com)

🔺那么如何判斷兩個字符串？

返回值只需要滿足要求即可，比如大于 0 的數字，不一定是1，只需滿足條件即可。

strcmp 函數的比較是基于字符的 ASCII 碼進行的。它從兩個字符串的第一個字符開始逐個比較，直至找到不相等的字符或者其中一個字符串的結束符 '\0'。在比較的時候，它會將兩個字符的 ASCII 碼進行減法運算，返回結果作為比較的結果。

????????需要注意的是，strcmp 函數是區分大小寫的。也就是說，大寫字母和小寫字母被認為是不同的字符。如果需要不區分大小寫的字符串比較，可以使用 strcasecmp 函數（在某些編程環境中可能被稱為_stricmp）。

?【模擬實現】

#include <stdio.h>
#include <assert.h>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);
}int main()
{char s1[] = "abcdef";char s2[] = "abcq";int ret = my_strcmp(s1, s2);if (ret > 0){printf(">\n");}else if (ret == 0){printf("=\n");}else{printf("<\n");}return 0;
}

??注意：根據編譯器的不同，返回的結果也不同。

在 VS2019?中，大于返回 1，等于返回 0，小于返回 -1。但在 Linux-gcc 中，大于返回正數，等于返回0，小于返回負數。

// 推薦
if(strcmp(p1, p2) > 0)
{printf("p1 > p2");
}
else if(strcmp(p1, p2 == 0))
{printf("p1 == p2");
}
else if(strcmp(p1, p2) < -1)
{printf("p1 < p2");
}// 不推薦
if(strcmp(p1, p2) == 1)
{printf("p1 > p2");
}
else if(strcmp(p1, p2 == 0))
{printf("p1 == p2");
} else if(strcmp(p1, p2) == -1)
{printf("p1 < p2");
}

三、長度受限制的字符串函數介紹

1、strncpy

Copies the fifirst 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.
  • 拷貝 count?個字符從源字符串到目標空間。
  • 如果源字符串的長度小于 count，則拷貝完源字符串之后，在目標的后邊追加?0，直到 count?個。

  • dest 和 src 不應該重疊（重疊時可以用更安全的 memmove 替代）。

  • 目標空間 dest?必須足夠大，以確保能夠存放源字符串。

  • 目標空間 dest?必須可變，即目標空間 dest 不可以被 const 聲明。

strncpy - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】

#include <stdio.h>
#include <assert.h>char* my_strncpy(char* dest, const char* src, size_t count)
{assert(dest && src);char* cur = dest;while (count--){if ((*dest++ = *src++) == '\0'){break;}}if (count != 0){while (count--){*dest++ = '\0';}}return cur;
}int main()
{char s1[20] = { 0 };char s2[] = "hello world";int sz = sizeof(s2) / sizeof(s2[0]);printf("%s\n", my_strncpy(s1, s2, sz));return 0;
}

2、strncat

Appends the fifirst 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.
  • 如果源字符串的長度小于 count，則只復制 '\0' 之前的內容。
strncat - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】

#include <stdio.h>
#include <assert.h>char* my_strncat(char* dest, const char* src, size_t count)
{assert(dest && src);char* cur = dest;while (*dest){dest++;}while (count--){if ((*dest++ = *src++) == '\0'){return cur;}}*dest = '\0';return cur;
}int main()
{char s1[20] = "hello";char s2[] = " world";size_t sz = sizeof(s2) / sizeof(s2[0]);printf("%s\n", my_strncat(s1, s2, sz)); // 從s2中取sz個追加到s1中return 0;
}

3、strncmp

  • 比較到出現另個字符不一樣或者一個字符串結束或者 count?個字符全部比較完。

strncmp - C++ Reference (cplusplus.com)

【代碼演示】?

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{const char* p1 = "abczdef";const char* p2 = "abcqwer";int ret1 = strncmp(p1, p2, 1);int ret2 = strncmp(p1, p2, 4);printf("%d %d\n", ret1, ret2);return 0;
}

四、字符串查找

1、strstr


Returns a pointer to the fifirst occurrence of str2 in str1, or a null pointer if str2 is not part of str1.
  • 返回字符串中首次出現子串的地址。若 str2 是 str1 的子串，則返回 str2 在 str1 中首次出現的地址。如果 str2 不是 str1 的子串，則返回 NULL 。
strstr - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】

#include <stdio.h>
#include <assert.h>char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{assert(str1 && str2);if (*str2 == '\0'){return (char*)str1;}char* cur = (char*)str1;char* s1, *s2;while (*cur != '\0'){s1 = cur;s2 = (char*)str2;while (*s1 && *s2 && (*s1 == *s2)){s1++;s2++;}if (*s2 == '\0'){return cur;}cur++;}return NULL;
}int main()
{char s1[] = "abbcde";char s2[] = "bcd";char s3[] = "abcd";char* ret1 = my_strstr(s1, s2);char* ret2 = my_strstr(s1, s3);if (ret1 == NULL){printf("未找到匹配的子串！\n");}else{printf("%s\n", ret1);}if (ret2 == NULL){printf("未找到匹配的子串！\n");}else{printf("%s\n", ret2);}return 0;
}

2、strtok

  • sep（delimit）?參數是個字符串，定義了用作分隔符的字符集合。
  • 第一個參數指定一個字符串，它包含了?0?個或者多個由?sep?字符串中一個或者多個分隔符分割的標記。
  • strtok?函數找到?str?中的下一個標記，并將其用 '\0'?結尾，返回一個指向這個標記的指針。（注：strtok?函數會改變被操作的字符串，所以在使用 strtok?函數切分的字符串一般都是臨時拷貝的內容并且可修改。）
  • strtok?函數的第一個參數不為 NULL ，函數將找到?str?中第一個標記，strtok?函數將保存它在字符串中的位置。
  • strtok?函數的第一個參數為 NULL ，函數將在同一個字符串中被保存的位置開始，查找下一個標記。
  • 如果字符串中不存在更多的標記，則返回 NULL 指針。

strtok - C++ Reference (cplusplus.com)

? 注意：strtok 會破壞原字符串，分割后原字符串保留第一個分割符前的字符。?

【代碼演示】

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{char arr[] = "3031899646@qq.com";printf("原字符串: %s\n", arr);const char* sep = "@."; // 創建sepchar arr1[30];char* ret = NULL;strcpy(arr1, arr); // 將數據拷貝一份，保留arr數組的內容// 分行打印切割內容for (ret = strtok(arr, sep); ret != NULL; ret = strtok(NULL, sep)){printf("%s\n", ret);}printf("分割后原字符串被破壞: %s\n", arr); // 分割后原字符串保留第一個分割符前的字符return 0;
}

五、錯誤信息報告?strerror

  • 返回錯誤碼，所對應的錯誤信息。
  • errno 是一個全局的錯誤碼變量。當 C 語言的庫函數在執行過程中，發生了錯誤后就會把對應的錯誤碼賦值到errno中。

strerror - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】?

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>// 錯誤碼   錯誤信息
// 0 -      No error
// 1 -      Operation not permitted
// 2 -      No such file or directory
//int main()
{char* str = strerror(errno);printf("%s\n", str);return 0;
}

六、字符操作

1、字符分類函數

?【代碼演示】

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>int main()
{char ch1 = 'a';int ret = islower(ch1); // 判斷ch1是否為小寫 -- 非0為真printf("%d\n", ret);char ch2 = 'B';int res = islower(ch2); // 判斷ch2是否為小寫 -- 0為假printf("%d\n", res);return 0;
}

? 注意：需引入頭文件 ctype.h 頭文件。?

2、字符轉換

int tolower ( int c ); 
int toupper ( int c );

?【代碼演示】?

#include <stdio.h>int main()
{char ch = tolower('Q'); // 大寫轉小寫putchar(ch);return 0;
}

七、內存操作函數

1、memcpy

?

  • 函數?memcpy?從?src?的位置開始向后復制 count?個字節的數據到?dest?的內存位置。
  • 這個函數在遇到 '\0' 的時候并不會停下來。
  • 如果?src?和?dest?有任何的重疊，復制的結果都是未定義的。

?memcpy - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】?

#include <stdio.h>
#include <assert.h>void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t count)
{assert(dest && src);void* ret = dest;while (count--){*(char*)dest = *(char*)src;dest = (char*)dest + 1;src = (char*)src + 1;}return ret;
}int main()
{char s1[] = "abcdefgh";char s2[20] = "xxxxxxxxxx";my_memcpy(s2, s1, 5);printf("%s\n", s2);return 0;
}

?【代碼演示】?

// 拷貝結構體
#include <stdio.h>
#include <string.h>struct S
{char name[20];int age;
};int main()
{struct S arr3[] = { {"張三", 20}, {"李四", 30} };struct S arr4[3] = { 0 };memcpy(arr4, arr3, sizeof(arr3));return 0;
}

?

2、memmove

  • 和?memcpy?的差別就是?memmove?函數處理的源內存塊和目標內存塊是可以重疊的。
  • 如果源空間和目標空間出現重疊，就得使用?memmove?函數處理。

C語言標準要求：

memcpy 用來處理不重疊的內存拷貝，而 memmove 用來處理重疊內存的拷貝。

memmove - C++ Reference (cplusplus.com)

?【模擬實現】

#include <stdio.h>
#include <assert.h>void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t count)
{assert(dest && src);void* ret = dest;//從前->后if (dest <= src){while (count--){*(char*)dest = *(char*)src;dest = (char*)dest + 1;src = (char*)src + 1;}}//從后->前else{dest = (char*)dest + count - 1;src = (char*)src + count - 1;while (count--){*(char*)dest = *(char*)src;dest = (char*)dest - 1;src = (char*)src - 1;}}return ret;
}int main()
{char arr[] = "abcdefgh";my_memmove(arr, arr + 3, 2);printf("%s\n", arr);return 0;
}

3、memset

?

  • memset 是以字節為單位設置內存的。

memset - C++ Reference (cplusplus.com)

?【代碼實現】?

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{int arr[10] = { 0 };memset(arr, 1, 20); // 將前20個字節全部設置為1return 0;
}

4、memcmp

  • 比較從 buf1?和 buf2?指針開始的 count?個字節。

? 注意：memcmp 不同于 strcmp，memcmp 遇到 '\0' 不會停止比較。

memcmp - C++ Reference (cplusplus.com)

?【代碼演示】

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{float arr1[] = { 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 };float arr2[] = { 1.0, 3.0 };int ret = memcmp(arr1, arr2, 8); // arr1是否比arr2大，比較8個字節printf("%d\n", ret);return 0;
}

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