字符函数和字符串函数

在编程中，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。

1 字符函数

1.1 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ctype.h。

例如islower、isupper等，以islower为例：

int islower (int c);

islower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。关于(int c)，要注意到字符的本质是一个ASCII码值，这样的写法并没有问题。

1.2 字符转换函数

在之前，要一个字符大小写转换打印，用的是字符+/-32来实现的，例如：大写转小写就加上32、小写转大写就减去32（参见ASCII码相关知识）。现在，我们可以用以下库函数来更简洁的解决。

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

举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main()
{
	char i = 'a';
	//i = i - 32;
	i = toupper(i);
	printf("%c\n", i);
	return 0;
}

2 字符串函数

1 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。
• 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。

strlen的模拟实现：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>

//模拟实现strlen
size_t my_strlen1(const char* str)
{
	assert(str != NULL);
	size_t n = 0;
	while (*str != '\0')
	{
		n++;
		str++;
	}
	return n;
}

size_t my_strlen2(const char* str)
{
	assert(str != NULL);
	char* p = str;
	while (*p)
	{
		p++;
	}
	return p - str;
}

size_t my_strlen3(const char* str)
{
	assert(str != NULL);
	if (*str)
	{
		return 1 + my_strlen3(str + 1);
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

int main()
{
	char arr[] = { "abcdef" };
	size_t r = strlen(arr);
	size_t r1 = my_strlen1(arr);
	size_t r2 = my_strlen2(arr);
	size_t r3 = my_strlen3(arr);
}

2 strcpy的使用和模拟实现

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

• 字符串复制。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。

strcpy的模拟实现：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>

//模拟实现strcpy
//char* my_strcpy(char* des, const char* src)
//{
//	assert(des != NULL && src != NULL);
//	char* ret = des;
//	while (*src)
//	{
//		*des = *src;
//		des++;
//		src++;
//	}
//	*des = '\0';
//	return ret;
//}

char* my_strcpy(char* des, const char* src)
{
	assert(des != NULL && src != NULL);
	char* ret = des;
	while (*des++ = *src++)
	{
		;
	}
	return ret;
}

int main()
{
	char arr1[20] = { "abcdef" };
	char arr2[20] = {"xxxxxxxxxxxxxxxx"};
	my_strcpy(arr2, arr1);
}

3 strcat的使用和模拟实现

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

• 字符串拼接。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。
• 将该函数用于字符串自己给自己追加是不合适的，其结果未定义。

strcat模拟实现：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
char* my_strcat(char* des, const char* src)
{
	assert(des && src);
	char* ret = des;
	while (*des != '\0')
	{
		des++;
	}
	while (*des++ = *src++)
	{
		;
	}
	return ret;
}

int main()
{
	char a[20] = { "Hello \0xxxxxxxxxxx" };//目标字符串要有足够位置
	char b[10] = { "world" };
	//strcat(a, b);
	my_strcat(a, b);
	printf("%s\n", a);
}

4 strcmp的使用和模拟实现

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

• 字符串比较。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.
• 判断两个字符串的大小：比较两个字符串中对应位置上字符ASCII码值的大小。
• 标准规定的返回值要求如下：

strcmp模拟实现：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
int my_strcmp1(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);
	while (*str1 == *str2)
	{
		if (*str1 == '\0')
			return 0;
		str1++;
		str2++;
	}
	return (*str1 - *str2);
}

int my_strcmp2(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);
	while (*str1 == *str2)
	{
		if (*str1 == '\0')
			return 0;
		str1++;
		str2++;
	}
	if (*str1 > *str2)
		return 1;
	else
		return -1;
}

int main()
{
	char a1[] = { "abcdef" };
	char a2[] = { "abq" };
	int r = strcmp(a1, a2);
	int r1 = my_strcmp1(a1, a2);
	int r2 = my_strcmp2(a1, a2);
	return 0;
}

strcpy、strcat、strcmp三个函数有对应的更安全的版本（要多传一个参数），它们分别是strncpy、strncat和strncmp。

5 strncpy函数

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。

6 strncat函数

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）。

7 strncmp函数

int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t num );

• Compares up to num characters of the C string str1 to those of the C string str2.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, until a terminating null-character is reached, or until num characters match in both strings, whichever happens first.
• 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。返回值标准参照strcmp函数。

8 strstr的使用和模拟实现

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

• Returns a pointer to the first occurrence of str2 in strl, ora null pointer if str2 is not part of strl.（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）。
• 返回值规定：A pointer to the first occurrence in str1 of the entire sequence of characters specified in str2, or a null pointer if the sequence is not present in str1.

strstr模拟实现：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);
	const char* cur = str1;//记录比较的起始位置
	const char* s1 = NULL;//用s1在str1中遍历
	const char* s2 = NULL;//用s2在str2中遍历
	
	//特殊情况：str2是一个空字符串
	if (*str2 == '\0')
		return str1;

	while (*cur)
	{
		s1 = cur;
		s2 = str2;
		while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2)
		{
			s1++;
			s2++;
		}
		if (*s2 == '\0')
			return (char*)cur;
		cur++;
	}
	return NULL;//找不到
}

int main()
{
	char a[] = { "abbbcdef" };
	char b[] = { "bbc" };
	//char* r = strstr(a, b);
	char* r = my_strstr(a, b);
	printf("%s\n", r);
}

示意图：

str1、str2分别记录字符串a、b的起始位置；cur记录比较的起始位置；s1、s2用于遍历，完成一次比较后分别靠cur、str2复位。

另，字符串匹配算法——KMP算法。

9 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。

举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>


int main()
{
	char arr[] = "zpw@bitedu.net.hehe";
	char buf[20] = {0};//可以修改
	strcpy(buf, arr);
	//zpw\0bitedu\0net
	const char* p = "@.";
	char* r = NULL;
	for (r = strtok(buf, p); r != NULL; r = strtok(NULL, p))
	{
		printf("%s\n", r);
	}

	//这样用是不合适的
	//char* r1 = strtok(buf, p);
	//printf("%s\n", r1);//zpw
	//r1 = strtok(NULL, p);
	//printf("%s\n", r1);//bitedu
	//r1 = strtok(NULL, p);
	//printf("%s\n", r1);//net
	return 0;
}

10 strerror与perror函数的使用

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。

char * strerror ( int errnum );

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。

除此之外，还有一个函数perror，它不需要传入错误码，会直接将错误信息打印出来。

void perror ( const char * str );

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。

举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");//以读的形式打开test.txt文件，如果文件不存在，则打开失败。
	if (pf == NULL)
	{
		//打开文件失败了
		perror("错误信息是");//: xxxx
		printf("错误信息是: %s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//往下走了
	//...
	return 0;
}