C语言从入门到实战——常用字符函数和字符串函数的了解和模拟实现

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前言

字符函数和字符串函数都是在编程中用来处理字符和字符串的函数。

字符函数是用来处理单个字符的函数，比如查找、替换、转换大小写、比较等操作。常用的字符函数包括：

• isalpha()：判断一个字符是否为字母；
• isdigit()：判断一个字符是否为数字；
• islower()：判断一个字符是否为小写字母；
• isspace()：判断一个字符是否为空格符；
• toupper()：将一个字符转换为大写字母；
• tolower()：将一个字符转换为小写字母；
• strchr()：在一个字符串中查找指定字符的位置；
• strstr()：在一个字符串中查找指定字符串的位置。

字符串函数是用来处理整个字符串的函数，比如查找、替换、连接、分割等操作。常用的字符串函数包括：

• strlen()：返回一个字符串的长度；
• strcpy()：将一个字符串复制到另一个字符串中；
• strcat()：将一个字符串连接到另一个字符串的末尾；
• strcmp()：比较两个字符串是否相等；
• strchr()：在一个字符串中查找指定字符的位置；
• strstr()：在一个字符串中查找指定字符串的位置；
• strtok()：将一个字符串分割为多个子字符串。

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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

函数	如果他的参数符合下列条件就返回真
iscntrl	任何控制字符
isspace	空白字符：空格 '' ，换页：'\f' , 换行：' \n ',制表符：'\t' 或垂直制表符: ' \v '
isdigit	数字字符0~9
isxdigit	十六进制数字，包括所有十进制数字，小写字母a ~ f ,大写字母 A ~ F
islower	小写字母 a ~ z
isupper	大写字母 A ~ Z
isalpha	字母a ~ z 或者 A ~ Z
isalnum	字母或者数字 0 ~ 9 , a ~ z, A ~ Z
ispunct	标点符号，任何不属于数字或者字母的图形字符（可打印）
isgraph	任何图形字符
isprint	任何可打印字符，包括图形字符和空白字符

这些函数的使用方法非常类似：

int islower ( int c );

islower 是能够判断参数部分的 c 是否是小写字母。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 <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main ()
{int i = 0;char str[] = "Test String.\n";char c;while (str[i]){c = str[i];if (islower(c))c -= 32;putchar(c);i++;}return 0;
}

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，是通过-32完成的效果，有了转换函数，就可以直接使用tolower 函数。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main ()
{int i = 0;char str[] = "Test String.\n";char c;while (str[i]){c = str[i];if (islower(c))c = toupper(c);putchar(c);i++;}return 0;
}

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
• 学会strlen函数的模拟实现

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

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：

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

//指针-指针的方式
int my_strlen(char *s)
{assert(str);char *p = s;while(*p != ‘\0’ )p++;return p-s;
}

4. strcpy的使用和模拟实现

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

• 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。
• 学会模拟实现。

strcpy的模拟实现:

//1.参数顺序
//2.函数的功能，停止条件
//3.assert
//4.const修饰指针
//5.函数返回值
//6.题目出自《高质量C/C++编程》书籍最后的试题部分
char *my_strcpy(char *dest, const char*src)
{char *ret = dest;assert(dest != NULL);assert(src != NULL);while((*dest++ = *src++)){;}return ret;
}

5. strcat的使用和模拟实现

• Appends a copy of the source string to the destination string. The，terminating null character in destination is overwritten by the first 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。
• 字符串自己给自己追加，会出现怎么样的情况

模拟实现strcat函数：

char *my_strcat(char *dest, const char*src)
{char *ret = dest;assert(dest != NULL);assert(src != NULL);while(*dest){dest++;}while((*dest++ = *src++)){;}return ret;
}

6. strcmp的使用和模拟实现

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

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

7. strncpy函数的使用

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

• Copies the first 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。

8. strncat函数的使用

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

• Appends the first num characters of source to destination, plus a terminating null-character.
  （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）。
• 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）。

/* strncat example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{char str1[20];char str2[20];strcpy (str1,"To be ");strcpy (str2,"or not to be");strncat (str1, str2, 6);printf("%s\n", str1);return 0;
}

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.

10. strstr的使用和模拟实现

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

Returns a pointer to the first occurrence of str2 in str1,or a null pointer if str2 is not part of str1.
（函数返回字符串str2在字符串str1中第一次出现的位置）。
The matching process does not include the terminating null-characters, but it stops there.（字符串的比较匹配不包含 \0 字符，以 \0 作为结束标志）。

/* strstr example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{char str[] ="This is a simple string";char * pch;pch = strstr (str,"simple");strncpy (pch,"sample",6);printf("%s\n", str);return 0;
}

strstr的模拟实现：

char * strstr (const char * str1, const char * str2)
{char *cp = (char *) str1;char *s1, *s2;if ( !*str2 )return((char *)str1);while (*cp){s1 = cp;s2 = (char *) str2;while ( *s1 && *s2 && !(*s1-*s2) )s1++, s2++;if (!*s2)return(cp);cp++;}return(NULL);
}

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 <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;
}

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，就会讲对应的错误码，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 <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Windows11+VS2022环境下输出的结果如下：

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

举例：

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

输出：

Error opening file unexist.ent: No such file or directory

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：

Error opening file unexist.ent: No such file or directory

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