【C语言】字符函数与字符串函数详解

在C语言编程中，字符和字符串的处理是非常基础且重要的操作。C语言标准库提供了一系列专门用于处理字符和字符串的库函数，掌握这些函数能极大地提高编程效率。本文将详细介绍这些函数的使用方法和模拟实现，帮助大家深入理解并灵活运用。

一、字符分类函数

字符分类函数用于判断一个字符属于哪种类型，它们都包含在ctype.h头文件中。这些函数的参数为 int类型 ， 返回值为 非0（真）或0（假）。

以下是常用的字符分类函数及其功能：

• iscntrl：判断是否为控制字符
• isspace：判断是否为空白字符（空格' '、换页'\f'、换行'\n'、回车'\r'、制表符'\t'、垂直制表符'\v'）
• isdigit：判断是否为十进制数字（0~9）
• isxdigit：判断是否为十六进制数字（0~9、a~f、A~F）
• islower：判断是否为小写字母（a~z）
• isupper：判断是否为大写字母（A~Z）
• isalpha：判断是否为字母（a~z或A~Z）
• isalnum：判断是否为字母或数字（a~z、A~Z、0~9）
• ispunct：判断是否为标点符号（不属于数字或字母的可打印图形字符）
• isgraph：判断是否为任何图形字符
• isprint：判断是否为任何可打印字符（包括图形字符和空白字符）

示例：使用islower函数
islower函数用于判断参数是否为小写字母，是则返回非0整数，否则返回0。

下面的代码将字符串中的小写字母转换为大写，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;
}

二、字符转换函数

C语言提供了两个常用的字符转换函数，同样包含在ctype.h头文件中：

• int tolower(int c)：将大写字母转换为小写
• int toupper(int c)：将小写字母转换为大写

示例：使用toupper函数
将上面的小写转大写代码用toupper函数改写：

#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;
}

三、strlen函数：计算字符串长度

strlen函数用于计算字符串的长度，其原型为：
size_t strlen(const char *str);

功能说明

• 字符串以’\0’作为结束标志，strlen返回的是’\0’前面的字符个数（不包含’\0’）
• 参数指向的字符串必须以’\0’结束
• 返回值为size_t（无符号整数），这一点在使用时容易出错

使用示例

#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");elseprintf("str1>str2\n");return 0;
}

注意：由于strlen返回值是无符号数，上面代码中strlen(str2)-strlen(str1)的结果是无符号数，可能会出现与预期不符的情况。

模拟实现

strlen有多种模拟实现方式：

1. 计数器方式

int my_strlen(const char *str)
{int count = 0;assert(str); // 确保指针非空while(*str){count++;str++;}return count;
}

2. 递归方式（不创建临时变量）

int my_strlen(const char *str)
{assert(str);if(*str == '\0')return 0;elsereturn 1 + my_strlen(str + 1);
}

3. 指针-指针方式

int my_strlen(char *s)
{assert(s);char *p = s;while(*p != '\0')p++;return p - s;
}

四、strcpy函数：字符串拷贝

strcpy函数用于将源字符串拷贝到目标空间，原型为：
char* strcpy(char *destination, const char *source);

功能说明

• 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，以容纳源字符串
• 目标空间必须可修改

模拟实现

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

实现说明：循环中先将*src赋值给*dest，然后两者都自增，直到拷贝到’\0’时，循环条件为假，结束循环。

五、strcat函数：字符串追加

strcat函数用于将源字符串追加到目标字符串末尾，原型为：
char *strcat(char *destination, const char *source);

功能说明

• 源字符串必须以’\0’结束
• 目标字符串也必须以’\0’结束，否则无法确定追加的起始位置
• 目标空间必须足够大，能容纳源字符串的内容
• 目标空间必须可修改
• 字符串不能自己给自己追加，会导致错误

模拟实现

char *my_strcat(char *dest, const char*src)
{char *ret = dest;assert(dest != NULL);assert(src != NULL);// 找到目标字符串的结束标志'\0'while(*dest){dest++;}// 追加源字符串while((*dest++ = *src++)){;}return ret;
}

六、strcmp函数：字符串比较

strcmp函数用于比较两个字符串的大小，原型为：
int strcmp(const char *str1, const char *str2);

比较规则

• 从第一个字符开始比较，若相等则继续比较下一对字符，直到字符不同或遇到’\0’
• 标准规定：
  • 第一个字符串大于第二个字符串，返回大于0的数字
  • 两个字符串相等，返回0
  • 第一个字符串小于第二个字符串，返回小于0的数字
• 比较的是对应位置字符的ASCII码值

模拟实现

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

七、strncpy函数：指定长度的字符串拷贝

strncpy函数可以指定拷贝的字符个数，原型为：
char *strncpy(char *destination, const char *source, size_t num);

功能说明

• 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，则拷贝完源字符串后，在目标空间后追加0，直到达到num个字符

八、strncat函数：指定长度的字符串追加

strncat函数用于将源字符串的前num个字符追加到目标字符串，原型为：
char *strncat(char *destination, const char *source, size_t num);

功能说明

• 将源字符串的前num个字符追加到目标字符串末尾，并追加一个’\0’
• 如果源字符串的长度小于num，则只追加到源字符串的’\0’为止

使用示例

#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); // 输出 "To be or not"return 0;
}

九、strncmp函数：指定长度的字符串比较

strncmp函数用于比较两个字符串的前num个字符，原型为：
int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t num);

功能说明

• 比较两个字符串的前num个字符
• 如果相等则继续比较，最多比较num个字符
• 如果提前发现不同，则提前结束比较
• 返回值规则与strcmp相同

返回值	说明
<0	第一个不匹配的字符在str1中的值小于在str2中的值
0	两个字符串的前num个字符相等
>0	第一个不匹配的字符在str1中的值大于在str2中的值

十、strstr函数：查找子字符串

strstr函数用于查找一个字符串在另一个字符串中第一次出现的位置，原型为：
char *strstr(const char *str1, const char *str2);

功能说明

• 返回字符串str2在字符串str1中第一次出现的位置的指针
• 如果str2不是str1的一部分，则返回空指针
• 匹配过程不包含’\0’，以’\0’作为结束标志

使用示例

#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); // 输出 "This is a sample string"return 0;
}

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;
}

十一、strtok函数：字符串分割

strtok函数用于分割字符串，原型为：
char *strtok(char *str, const char *sep);

功能说明

• sep参数是一个字符串，定义了用作分隔符的字符集合
• 第一个参数为str时，函数找到str中的第一个标记，并用’\0’结尾，返回指向该标记的指针，同时保存该位置
• 第一个参数为NULL时，函数从上次保存的位置继续查找下一个标记
• 如果没有更多标记，返回NULL
• strtok会修改被操作的字符串，所以通常对字符串的临时拷贝进行操作

使用示例

#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;
}
// 输出：
// 192
// 168
// 6
// 111

十二、strerror函数：获取错误信息

strerror函数用于获取错误码对应的错误信息，原型为：
char *strerror(int errnum);

功能说明

• 参数errnum为错误码，函数返回该错误码对应的错误信息字符串的地址
• 错误码通常定义在errno.h头文件中
• 程序启动时，errno（记录当前错误码的变量）为0，表示没有错误
• 当标准库函数发生错误时，会将对应的错误码存入errno

使用示例

1. 打印0~10的错误码对应的信息

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main()
{int i = 0;for (i = 0; i <= 10; i++) {printf("%s\n", strerror(i));}return 0;
}

在Windows11+VS2022环境下的输出如下：

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

2. 在文件操作中使用

#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

相关函数：perror

perror函数可以直接打印错误信息，它会先打印参数中的字符串，再打印一个冒号和空格，最后打印错误信息。

#include <stdio.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

本文详细介绍了C语言中常用的字符函数和字符串函数，包括它们的功能、使用方法和模拟实现。这些函数在日常编程中非常实用，掌握它们能帮助我们更高效地处理字符和字符串操作。在使用过程中，要注意各个函数的参数要求和返回值特点，避免出现不必要的错误。