C语言精粹：深入探索字符串函数

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引言

在C语言中，字符串是以字符数组的形式表示的，并以空字符（'\0'）作为结束标志。标准库提供了一系列用于处理字符串的函数，这些函数定义在头文件 <string.h> 中。下面是一些常用的字符串函数及其模拟实现，一起来看看吧。

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正文

在C语言中，字符串是以字符数组的形式表示的，并以空字符（'\0'）作为结束标志。标准库提供了一系列用于处理字符串的函数，这些函数定义在头文件 <string.h> 中。下面是一些常用的字符串函数及其模拟实现：

（1）常见字符串函数

1. strlen - 计算字符串长度

功能: 返回字符串的长度（不包括终止的空字符）。

原型: size_t strlen(const char *str);

模拟实现:

#include <stdio.h>

size_t my_strlen(const char *str) {
    const char *s = str;
    while (*s != '\0') {
        ++s;
    }
    return s - str;
}

int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    printf("Length of '%s' is %zu
", str, my_strlen(str));
    return 0;
}

2. strcpy - 复制字符串

功能: 将源字符串复制到目标字符串中。

原型: char *strcpy(char *dest, const char *src);

模拟实现:

#include <stdio.h>

char* my_strcpy(char *dest, const char *src) {
    char *d = dest;
    while ((*d++ = *src++) != '\0');
    return dest;
}

int main() {
    char src[] = "Hello, Copy!";
    char dest[50];  // 确保目标数组有足够的空间
    my_strcpy(dest, src);
    printf("Copied string: %s
", dest);
    return 0;
}

3. strcat - 连接字符串

功能: 将源字符串连接到目标字符串的末尾。

原型: char *strcat(char *dest, const char *src);

模拟实现:

#include <stdio.h>

char* my_strcat(char *dest, const char *src) {
    char *d = dest;
    while (*d != '\0') {
        d++;
    }
    while ((*d++ = *src++) != '\0');
    return dest;
}

int main() {
    char str1[50] = "Hello, ";
    char str2[] = "World!";
    my_strcat(str1, str2);
    printf("Concatenated string: %s
", str1);
    return 0;
}

4. strcmp - 比较字符串

功能: 按字典顺序比较两个字符串。

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

• 如果返回值小于0，表示 str1 小于 str2。
• 如果返回值等于0，表示 str1 等于 str2。
• 如果返回值大于0，表示 str1 大于 str2。

模拟实现:

#include <stdio.h>

int my_strcmp(const char *str1, const char *str2) {
    while (*str1 && (*str1 == *str2)) {
        str1++;
        str2++;
    }
    return *(unsigned char *)str1 - *(unsigned char *)str2;
}

int main() {
    char str1[] = "apple";
    char str2[] = "Apple";
    int result = my_strcmp(str1, str2);
    if (result < 0) {
        printf("%s is less than %s
", str1, str2);
    } else if (result > 0) {
        printf("%s is greater than %s
", str1, str2);
    } else {
        printf("%s is equal to %s
", str1, str2);
    }
    return 0;
}

• 这些是C语言中最常用的一些字符串处理函数的简单实现示例。在实际开发中，建议使用标准库提供的函数，因为它们经过优化且更加可靠。不过，了解这些函数的内部工作原理有助于更好地理解字符串处理的细节和潜在问题。

在C语言中，字符串处理是一个常见的任务，而标准库提供了一系列函数来简化这些操作。尽管像strlen、strcmp和strcpy这样的函数广为人知且频繁使用，但还有一些不那么常见但仍然非常有用的字符串函数。以下是对一些不常见的C语言字符串函数的介绍和使用示例：

（2）非常见字符串函数

1. strstr()

功能：检索子串在字符串中首次出现的位置。

头文件：<string.h>

用法：char *strstr(char *str, char *substr);

• str：要检索的字符串。
• substr：要检索的子串。

返回值：返回字符串str中第一次出现子串substr的地址；如果没有找到子串，则返回NULL。

示例：

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

int main() {
    char a[] = "abcdefg";
    char b[] = "bc";
    char *ret = strstr(a, b);
    if (ret == NULL) {
        printf("Can not find!
");
    } else {
        printf("%s
", ret); // 输出 bcdefg
    }
    return 0;
}

2. sscanf()

功能：从字符串读取格式化输入。

头文件：<stdio.h>

用法：int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

• str：输入的字符串。
• format：格式字符串，指定后续参数的类型和如何解释输入字符串。

返回值：成功转换并赋值的项数；如果到达文件末尾或发生读错误，则返回一个负值。

示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    char buf[512] = {0};
    sscanf("123456", "%s", buf);
    printf("%s
", buf); // 输出 123456
    return 0;
}

3. strchr()

功能：查找字符串中首次出现的字符。

头文件：<string.h>

用法：char *strchr(char *str, char ch);

• str：要搜索的字符串。
• ch：要查找的字符。

返回值：返回指向首次出现字符ch的位置的指针；如果未找到该字符，则返回NULL。

示例：

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

int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    char ch = 'W';
    char *pos = strchr(str, ch);
    if (pos != NULL) {
        printf("Character '%c' found at position: %ld
", ch, pos - str);
    } else {
        printf("Character '%c' not found.
", ch);
    }
    return 0;
}

4. strncat()

功能：连接两个字符串，最多复制n个字符。

头文件：<string.h>

用法：char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);

• dest：目标字符串。
• src：源字符串。
• n：要从src复制到dest的最大字符数。

返回值：返回目标字符串dest的指针。

注意事项：确保目标字符串有足够的空间来容纳连接后的结果。

示例：

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

int main() {
    char dest[20] = "Hello, ";
    char src[] = "World!!!";
    strncat(dest, src, 5); // 只连接前5个字符
    printf("%s
", dest); // 输出 Hello, World
    return 0;
}

5. strncmp()

功能：比较两个字符串的前n个字符。

头文件：<string.h>

用法：int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n);

• s1, s2：要比较的字符串。
• n：要比较的字符数。

返回值：小于0表示s1小于s2；等于0表示两者相等（在前n个字符内）；大于0表示s1大于s2。

示例：

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

int main() {
    char str1[] = "Apple";
    char str2[] = "Banana";
    int result = strncmp(str1, str2, 4); // 比较前4个字符
    if (result < 0) {
        printf("str1 is less than str2 in the first 4 characters.
");
    } else if (result > 0) {
        printf("str1 is greater than str2 in the first 4 characters.
");
    } else {
        printf("The first 4 characters of str1 and str2 are equal.
");
    }
    return 0;
}

6.strtok 函数使用介绍

strtok 是 C 标准库中的一个字符串处理函数，用于将字符串分割成一系列的“标记”（tokens）。这个函数在处理和分析以特定分隔符（delimiter）分隔的字符串时非常有用。例如，解析 CSV 文件、命令行参数或任何需要按特定字符分割的文本数据。

函数原型

char *strtok(char *str, const char *delim);
char *strtok_r(char *str, const char *delim, char **saveptr); // 线程安全版本，POSIX标准

• str: 要分割的字符串。首次调用时传入要处理的字符串；后续调用应传入 NULL 以继续从上次停止的地方开始分割。
• delim: 包含所有用作分隔符的字符集合。
• saveptr (仅在 strtok_r 中): 一个指向 char* 的指针，用于保存状态信息以便在多次调用之间保持连续性（线程安全）。

返回值

• 成功时返回指向下一个标记的指针。
• 没有更多标记可提取时返回 NULL。

使用示例

以下是一个简单的例子，演示如何使用 strtok 来分割一个包含逗号分隔值的字符串：

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

int main() {
    char str[] = "apple,banana,cherry,date";
    const char delim[2] = ",";
    char *token;

    // 获取第一个标记
    token = strtok(str, delim);

    // 循环获取后续的标记，直到没有更多的标记为止
    while (token != NULL) {
        printf("Token: %s
", token);
        token = strtok(NULL, delim);  // 注意这里传入的是 NULL
    }

    return 0;
}

输出结果

Token: apple
Token: banana
Token: cherry
Token: date

注意事项

1. 修改原字符串：strtok 会修改传入的原始字符串，用空字符 ('\0') 替换分隔符。因此，如果需要保留原始字符串，应在调用 strtok 之前对其进行复制。

2. 不可重入和线程安全性：标准的 strtok 不是线程安全的，因为它使用一个静态变量来存储上下文信息。在多线程环境中，应该使用 POSIX 提供的 strtok_r 函数，它接受一个额外的参数来保存状态信息，从而避免竞态条件。

3. 连续调用：在第一次调用后，必须传递 NULL 作为 str 参数以继续分割操作。

4. 空字符串的处理：如果 str 是一个空字符串，strtok 将立即返回 NULL 而不会修改 str。

5. 分隔符中的特殊字符：如果分隔符字符串中包含空字符，则行为未定义。通常应避免这种情况。

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