「C/C++」C/C++标准库 之 #include＜cstdlib＞ 通用工具函数库

C++中的库：探索标准C库的功能

在C++编程中，头文件是一个非常重要的组成部分，它提供了对标准C库函数的访问。这些函数涵盖了内存分配、随机数生成、环境访问、整数运算以及其他一些实用的功能。尽管C++有自己的标准库，但仍然被广泛使用，因为它提供了一些在C++标准库中可能不那么直接可用的功能，或者是因为它们与C语言兼容，使得从C到C++的迁移更加容易。

一、内存分配与管理

库中的内存分配函数是malloc、calloc、realloc和free。这些函数与C语言中的对应函数完全相同，用于在堆上动态分配和释放内存。

• malloc(size_t size)：分配指定大小的内存块，并返回一个指向该内存的指针。如果分配失败，则返回NULL。
• calloc(size_t num, size_t size)：分配一个包含num个元素的数组，每个元素的大小为size字节，并将所有位初始化为0。返回一个指向分配内存的指针，如果分配失败，则返回NULL。
• realloc(void* ptr, size_t size)：调整之前调用malloc、calloc或realloc分配的内存块的大小。ptr是指向旧内存块的指针，size是新内存块的大小。如果ptr是NULL，则realloc的行为与malloc相同。函数返回指向新内存块的指针，如果分配失败，则返回NULL（此时旧内存块仍然有效）。
• free(void* ptr)：释放之前调用malloc、calloc或realloc分配的内存块。ptr是指向要释放的内存块的指针。如果ptr是NULL，则free不执行任何操作。

二、随机数生成

库提供了两个函数用于生成随机数：rand()和srand()。

• rand()：返回一个伪随机数，其值在0到RAND_MAX之间（RAND_MAX是中定义的一个常量，通常为32767）。
• srand(unsigned int seed)：使用seed作为新的种子值来初始化随机数生成器。如果不调用srand，则每次程序运行时rand()都将生成相同的序列。

为了生成更大范围或特定分布的随机数，可以使用rand()的结果作为基础，并进行适当的缩放或变换。

三、环境访问

库提供了几个函数来访问与程序环境相关的信息。

• getenv(const char* name)：搜索环境变量name，如果找到，则返回一个指向该环境变量值的指针（一个以'\0'结尾的字符串）。如果未找到，则返回NULL。
• system(const char* command)：将command传递给宿主环境（通常是操作系统）以执行。返回值取决于系统，通常为执行命令后的状态码。
• abort()：导致程序异常终止，并产生一个SIGABRT信号。它通常用于处理不可恢复的错误情况。
• exit(int status)：导致程序正常终止，并返回status给宿主环境。status通常用于指示程序是成功执行还是由于某种错误而终止。
• atexit(void (*func)(void))：注册一个函数func，该函数将在程序正常终止时自动调用。atexit可以多次调用以注册多个函数，这些函数将按照它们被注册的顺序的反序被调用。

四、整数运算

库还提供了一些用于整数运算的函数，尽管这些函数在C++中通常不是必需的，因为C++运算符已经提供了这些功能。然而，在某些情况下，这些函数可能更有用或更易于理解。

• abs(int j)：返回整数j的绝对值。对于其他类型的绝对值（如long、long long等），需要使用相应的函数（如labs、llabs等），这些函数在或的C语言对应头文件<stdlib.h>中可能不可用，而是定义在其他头文件中。
• div(int numer, int denom)：执行整数除法，并返回一个包含商和余数的div_t结构体。
• ldiv(long numer, long denom)：与div类似，但用于long类型的整数。
• mbstowcs(wchar_t* dest, const char* src, size_t n)和wcstombs(char* dest, const wchar_t* src, size_t n)：这两个函数用于在宽字符（wchar_t）和多字节字符（char）之间进行转换。它们不是的标准部分，但通常与C标准库一起提供。

五、其他实用函数

• bsearch(const void* key, const void* base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*))：在已排序的数组base中搜索与key匹配的元素。nmemb是数组中的元素数量，size是每个元素的大小（以字节为单位），compar是一个指向比较函数的指针，该函数用于确定两个元素的排序顺序。
• qsort(void* base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*))：对数组base中的元素进行排序。nmemb、size和compar参数与bsearch相同。

六、总结

库为C++程序员提供了一个访问标准C库函数的接口。这些函数涵盖了内存管理、随机数生成、环境访问、整数运算以及其他一些实用的功能。尽管C++有自己的标准库，但仍然被广泛使用，因为它提供了一些在C++标准库中可能不那么直接可用的功能，或者是因为它们与C语言兼容。在使用时，程序员应该注意C和C++之间的差异，特别是关于内存管理和类型安全的方面。