C语言字符函数与字符串函数超详解

用户11289853

发布于 2024-09-24 16:07:18

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发布于 2024-09-24 16:07:18

文章被收录于专栏：学习

前言

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，接下来我们就了解一下这些函数。

1. 字符分类函数

C语言中有一系列的函数是专门做字符分类的，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

cplusplus上的 ctype.h 。

下面是常用的字符分类函数：

可以看出来，这些函数的用法及其相似，因此我们借助其中一个进行讲解。

int islower (int c);

islower 是能够判断参数部分的c是否是小写字母的函数。

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。

来做一个测试：

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<stdio.h>
#include<ctype.h>
#include<string.h>
void Upper(char* c)
{
	(*c) -= 32;//大写字母和小写字母的差是32
}

int main()
{
	char str[] = "Hello World";
	for (int i = 0; i < strlen(str); i++)//strlen 函数返回的是 str 的长度，后面会介绍
	{
		if (islower(str[i]))
			Upper(&str[i]);
	}
	printf("%s", str);
}

输出结果为：

2. 字符转换函数

C语言提供两个字符转换函数：

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

这两个函数同样也在 ctype.h中。

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。

修改后的代码：

int main()
{
	char str[] = "Hello World";
	for (int i = 0; i < strlen(str); i++)
	{
		if (islower(str[i]))
			str[i] = toupper(str[i]);
	}
	printf("%s", str);
}

注：以下函数均包括于string.h中。

3. strlen

3. 1 strlen 的使用

size_t strlen ( const char * str );

注意：

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！
strlen 的使用需要包含头文件（string.h）

关于它的使用，也就是将一个字符串的首元素地址传递过去，然后就可以接收它的返回值了。

示例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
	char* a = "bbb";
	char b[] = "abcd";
	printf("%zd %zd", strlen(a), strlen(b));//strlen 的返回值是 size_t 类型的，打印的时候用%zd
	return 0;
}

运行结果：

3. 2 strlen 的模拟实现

模拟实现 strlen 的核心思路其实就是：找到字符串的 ‘\0’ ，然后找到其与字符串首元素中间的字符个数。

方法一：计数器

#include<stdio.h>
#include<string.h>

size_t my_strlen(char* str)
{
	//计数器
	size_t count = 0;
	char* cur = str;
	while (*cur != '\0')//这里也可以直接写成 while(*cur)，因为'\0'的码值为 0
		cur++,count++;
	return count;
}

int main()
{
	char* a = "abcdefg";
	printf("%zd\n", strlen(a));//对照
	printf("%zd\n", my_strlen(a));
	return 0;
}

方法二：指针-指针

#include<stdio.h>
#include<string.h>

size_t my_strlen(char* str)
{
	//指针-指针
	char* cur = str;
	while (*cur)
		cur++;
	return cur - str;//指针-指针得到的是指针之间的元素个数
}

int main()
{
	char* a = "abcdefg";
	printf("%zd\n", strlen(a));
	printf("%zd\n", my_strlen(a));
	return 0;
}

方法三：不创建临时变量

#include<stdio.h>
#include<string.h>

size_t my_strlen(char* str)
{
	//不创建临时变量
	if (!*str)//递归的终止条件
		return 0;
	else
		return 1 + my_strlen(str + 1);
}

int main()
{
	char* a = "abcdefg";
	printf("%zd\n", strlen(a));
	printf("%zd\n", my_strlen(a));
	return 0;
}

不创建临时变量模拟实现 strlen 使用到了函数递归，如果你对上面的代码有疑惑，可以看函数递归与迭代这篇博客，这里不再过多赘述。

4. strcpy

4. 1 strcpy 的使用

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

它的作用就是将 source 中的字符串拷贝到 destination 中。

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。
目标空间必须可修改。

使用范例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	char str1[] = "abcd";
	char str2[] = "efghxxxxx";
	printf("str1 = %s\nstr2 = %s\n\n", str1, str2);
	strcpy(str2, str1);
	printf("str1 = %s\nstr2 = %s\n\n", str1, str2);
	return 0;
}

结果：

4. 2 strcpy 的模拟实现

要想实现这个函数，我们要先搞清楚 strcpy 是怎么工作的，在拷贝结束之后，str2 里究竟放的是什么，我们可以通过调试上面的代码来得到答案：

可以看到，在执行 strcpy 函数后， str2 里实际存放的不只是 str1 的数据，只是在拷贝的时候将 str1 的 '\0' 拷贝过来了，所以 str2 的内容变得和 str1 一样了。

这样，我们就可以开始尝试模拟实现 strcpy 函数了。

#include<stdio.h>

char* my_strcpy(char* destination, const char* source)
{
	//注意返回值，返回的是复制结束后 destination 的首元素地址
	char* ret = destination;
	while (*destination++ = *source++);
	*destination = '\0';//可不要忘了'\0'!
	return ret;
}

int main()
{
	char str1[] = "abcd";
	char str2[] = "efghxxxxx";
	printf("str1 = %s\nstr2 = %s\n\n", str1, str2);
	my_strcpy(str2, str1);
	printf("str1 = %s\nstr2 = %s\n\n", str1, str2);
	return 0;
}

5. strcat

5. 1 strcat 的使用

char *strcat(char *dest, const char*src)

strcat 用于连接两个字符串，将 src 中的字符串连接到 dest 字符串的后面，连接时会删除掉 src 后面的'\0'。

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。
目标空间必须可修改。
目标空间必须足够大，能容纳下源字符串的内容。

使用范例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	char str1[50] = "abcd";//注意目标字符串要足够大
	char str2[] = "efghxxxxx";
	strcat(str1, str2);
	printf("%s", str1);
	return 0;
}

运行结果：

5. 2 strcat 的模拟实现

在这里我们不妨多思考一下：在这个函数的模拟实现中，我们必然会涉及到指针的解引用，那么为了防止空指针的解引用，我们可以使用 assert 进行断言，这样在排查问题时也更方便。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>

char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
	assert(dest && src);//断言 dest 和 src 这两个指针都不为空
	//注意返回值，也是返回目标字符串的首元素地址
	char* ret = dest;
	while (*dest)//找 dest 字符串的'\0'
		dest++;
	while (*dest++ = *src++);
	*dest = '\0';//这两步和 strcpy 是一样的
}

int main()
{
	char str1[50] = "abcd";//注意目标字符串要足够大
	char str2[] = "efghxxxxx";
	my_strcat(str1, str2);
	printf("%s", str1);
	return 0;
}

不仅是 strcat 函数，实际上 strlen 和 strcpy 的模拟实现中都可以加入 assert 断言来增强代码的健壮性。

6. strcmp

6. 1 strcmp 的使用

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

这个函数用来比较两个字符串是否相同，关于它的返回值，我们不妨来看看cplusplus上对返回值的描述。

也就是说：

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

strcpm是如何比较两个字符串？

比较两个字符串中对应位置上字符ASCII码值的大小。

使用范例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	char str1[] = "abcd";
	char str2[] = "abcd";
	char str3[] = "abce";
	printf("%d %d", strcmp(str1, str2), strcmp(str1, str3));
	return 0;
}

输出结果：

6. 2 strcmp 的模拟实现

#include<stdio.h>

int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
	while (*str1 || *str2)//当 str1 和 str2 有一个不为 '\0' 时进行循环
	{
		if (*str1 != *str2)
			return *str1 - *str2;//返回的就是两个字符串中第一个不相同字符的码值的差
		str1++, str2++;
	}
	return 0;
}

int main()
{
	char str1[] = "abcd";
	char str2[] = "abcd";
	char str3[] = "abce";
	printf("%d %d", my_strcmp(str1, str2), my_strcmp(str1, str3));
	return 0;
}

7. strncpy 函数的使用

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

用法和 strcpy 基本一致，只是多了一个参数来控制复制多少元素过去。

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。
拷贝完成后，如果没有到源字符串的末尾，不会追加'\0'。

测试：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	char str1[50] = "abcdxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx";
	char str2[] = "efghxxxxx";
	strncpy(str1, str2, 13);
	printf("%s", str1);
	return 0;
}

我们通过调试观察 str1 的内容变化。

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 指向的字符串的长度小于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

测试：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char str1[20];
	char str2[20];
	strcpy(str1, "To be ");//将"To be"放进 str1 中
	strcpy(str2, "or not to be");

	strncat(str1, str2, 6);
	printf("%s\n", str1);
	return 0;
}

结果：

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。如果num个字符都相等，就是相等返回0.

返回值与 strcmp 一致。

10. strstr

10. 1 strstr 的使用

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

函数返回指向字符串str2在字符串str1中第一次出现的位置的指针。
字符串的比较匹配不包含'\0'字符，以'\0'作为结束标志)。

示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char str[] = "This is a simple string";
	char* pch;
	pch = strstr(str, "simple");//找到 simple 第一次在 str 中出现的位置，pch指向 s.
	strncpy(pch, "sample", 6);//使用 strcpy 会有 '\0'
	printf("%s\n", str);
	return 0;
}

结果：

10. 2 strstr 的模拟实现

大致思路：先在 str1 中遍历找和 str2 首元素相同的元素，找到了就将此时的 str1 复制出来，开始同时遍历两个字符串，判断两个字符串是否相同，如果相同，返回 str1 ，不相同就继续遍历。

#include <stdio.h>

char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{
	while (*str1)
	{
		if (*str1 == *str2)
		{
			char* tmp1 = str1;
			char* tmp2 = str2;
			while (*tmp1 && *tmp2)
			{
				if (*tmp1 != *tmp2)
					break;
				tmp1++, tmp2++;
			}
			if (!*tmp2)//如果循环结束的时候 tmp2 是'\0'，说明上面的循环走到底了，也就是找到了
				return str1;
		}
		str1++;
	}
	return NULL;
}

当然，上面那里在找到与 str2 首元素相同的元素之后，也可以使用 strcmp 函数进行比较。

11. strtok 函数的使用

strtok 函数用于分割字符串。

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（标记）。
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。
strtok函数会改变被操作的字符串，所以被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，函数将在上一次传递的字符串中被保存的位置开始，查找下一个标记。（也就是说， strtok 函数可以连续调用，连续调用时第一个参数传 NULL）
如果字符串中不存在标记，则返回 NULL 。

示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char arr[] = "192.168.6.111";
	char* sep = ".";
	char* str = NULL;
	for (str = strtok(arr, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep))
	{
		printf("%s\n", str);
	}
	return 0;
}

结果：

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局的变量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。

举例：

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
//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("%s\n", strerror(i));
	}
	return 0;
}

在我使用的环境 win11+VS2022 下输出结果为：

No error Operation not permitted No such file or directory No such process Interrupted function call Input/output error No such device or address Arg list too long Exec format error Bad file descriptor No child processes

使用举例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	FILE* pFile;
	pFile = fopen("unexist.ent", "r");//尝试打开名为 unexist.ent 的文件，但是并没有找到，也就是打开失败了，那么 pfile 就是 NULL
	if (pFile == NULL)
		printf("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));
	return 0;
}

输出：

也可以了解一下 perror 函数，perror函数相当于一次将上述代码中的第9行完成了，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 <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main ()
{
 FILE * pFile;
 pFile = fopen ("unexist.ent","r");
 if (pFile == NULL)
 perror("Error opening file unexist.ent");
 return 0;
}

输出结果同上。

如果喜欢的话不妨顺手点个赞，收藏，评论，关注！

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原始发表：2024-08-15，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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