C语言字符函数与字符串函数超详解

文章目录

  • 前言
  • 1. 字符分类函数
  • 2. 字符转换函数
  • 3. strlen
    • 3. 1 strlen 的使用
    • 3. 2 strlen 的模拟实现
  • 4. strcpy
    • 4. 1 strcpy 的使用
    • 4. 2 strcpy 的模拟实现
  • 5. strcat
    • 5. 1 strcat 的使用
    • 5. 2 strcat 的模拟实现
  • 6. strcmp
    • 6. 1 strcmp 的使用
    • 6. 2 strcmp 的模拟实现
  • 7. strncpy 函数的使用
  • 8. strncat 函数的使用
  • 9. strncmp 函数的使用
  • 10. strstr
    • 10. 1 strstr 的使用
    • 10. 2 strstr 的模拟实现
  • 11. strtok 函数的使用
  • 12. strerror函数的使用

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：

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：
输出结果

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：

  1. 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' )。
  2. 参数指向的字符串必须要以 '\0'结束。
  3. 注意函数的返回值为 size_t，是无符号的！
  4. 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%zdreturn 0;
}

运行结果：
输出结果

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 0cur++,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;elsereturn 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。

  1. 源字符串必须以'\0'结束。
  2. 会将源字符串中的 '\0'拷贝到目标空间。
  3. 目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串。
  4. 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：
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：
strcpy函数执行前
strcpy函数执行后
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'。

  1. 源字符串必须以'\0'结束。
  2. 目标字符串中也得有'\0'，否则没办法知道追加从哪里开始。
  3. 目标空间必须可修改。
  4. 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：
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。
返回值
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：
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。

  1. 拷贝num个字符从源字符串到目标空间。
  2. 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。
  3. 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。
执行前
执行后

8. strncat 函数的使用

char * strncat ( char * destination, const char * source, size_t num );
  1. 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。
  2. 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：
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。
返回值

10. strstr

10. 1 strstr 的使用

char * strstr ( const char * str1, const char * str2);
  1. 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。
  2. 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：
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);
  1. 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）。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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）
  7. 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：
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 NULLif (pFile == NULL)printf("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));return 0;
}

输出：
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！
我会持续更新更多优质文章！！

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