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C语言第九章字符函数和字符串函数

news 2025/8/20 6:40:17

一.字符分类函数

1.字符分类函数总览

C语言规定字符有很多种类型，比如：数字字符，空白字符，转义字符等。当我们需要将这些不同类型的字符进行分类时，就应该了解C语言为我们提供的字符分类函数。下面对字符分类函数做进一步的了解。

字符分类函数概要
函数	参数符合下列情况就返回真
iscntrl	任何控制字符
isspace	空白字符：空格：‘ ’，换页符：‘\f’，换行符：‘\n’，回车符：‘\r’，水平制表符：‘\t’，垂直制表符：‘\v’
isdigit	十进制数字字符：0-9
isxdigit	十六进制数字字符：0-9和A-F（a-f）
islower	小写字母字符：a-z
isupper	大写字母字符：A-Z
isalpha	所有字母字符：a-z 和A-Z
isalnum	字母或者数字字符：a-z 和A-Z和0-9
ispunct	标点符号字符：任何不属于数字或字母的可打印图形字符
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

2.字符分类函数详细解释

字符分类函数使用时均需要包含头文件：<ctype.h>。字符分类函数都是依赖字符的ASCII码值进行字符的分类。上述多种字符分类函数的用法极为相似，下面给出全部函数的介绍：

上述iscntrl函数的解释：函数参数为整型，返回类型也为整型。此函数的作用是：判断参数字符是否为控制字符（control character）。根据上方图片的解释，函数通过ASCII码值来判断参数字符是否为控制字符。当函数参数为控制字符时，函数返回真（非0整数）；否则函数返回假0。

上述isspace函数的解释：该函数参数类型为整型，且函数的返回类型也为整型。函数的作用是判读参数字符是否为空白字符。并且上述图片也举例了一些空白字符。函数参数为空白字符时，返回真（非0整数）；否则函数返回假0。

上述isdigit函数的解释：函数参数为和返回类型均为整型。该函数的作用为：判断参数字符是否为十进制数字字符。当函数参数为十进制数字字符时，函数返回真（非0整数）；否则函数返回假0。

上述isxdigit函数的解释：函数的参数和返回值的类型均为整型。该函数的作用：判断函数参数字符是否为十六进制的数字字符。在这里要知道十六进制的数字字符包括0-9、a-z、A-Z。如果函数参数字符为十六进制的数字字符，那么函数返回真（非0整数）；否则函数返回假0。

上述islower函数的解释：该函数的参数和返回值类型均为整型。该函数的作用是：判断函数参数字符是否为英语的小写字母字符。当将函数参数为英语小写字母字符时，函数返回真（非0整数）；否则函数返回假0。下面的每个函数的作用顶部表格均有涉及，并且这些字符分类函数的用法极为相似，所以最后只举例一种字符分类函数的用法。

3.字符分类函数使用方法

通过上述函数的详细解释，我们可以发现字符分类函数具有极大的相似之处。每个字符分类函数的参数和函数返回值类型都为整型。函数参数为整型的原因是为了得到需要判断字符的ASCII码值，通过与特殊字符的ASCII码值进行比较，从而达到判断字符类型的目的。函数返回值为整型的原因是：当字符满足该函数的判段的字符类型，则返回一个非0的整数；否则返回0。这样定义返回值，可以直观的得到判断结果。下面我们使用其中一个字符分类函数，作为例子来理解。

题目要求：将给出的小写字符转换为大写，其他字符不变。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>    //调用字符分类函数需要的头文件
int main ()
{int i = 0;char str[] = "Test String.\n";    //定义需要转换的字符数组char c;while (str[i])    //当字符数组没有到字符串末尾时，循环继续{c = str[i];    if (islower(c))     //调用判断字符是否为小写的函数c -= 32;    //如果为小写，利用ASCII码值，将其转换为大写putchar(c);    //进行完上述操作，下面逐一进行字符的打印i++;}return 0;
}

上述代码的具体解释：定义了字符串数组用于接下来的大小写转换，用while循环，当字符数组没到字符串结尾的\0时，循环一直进行，当进行到字符串末尾的\0时，循环终止。在循环的内部，先判断字符是否为小写，调用islower函数，灵活运用函数的返回值，当函数的返回值为非0值时，进行if语句，将小写转换为大写。当字符不为小写字母时，函数返回0，不进行ASCII码值的变换。最后逐一打印字符，完成题目的要求。
在上述代码实践中，我们用的是ASCII码值进行字符的大小写转换，其实字符函数也有相关的字符转换函数，其作用就是字符的英语大小写转换。下面我们来学习字符转换函数：

二.字符转换函数

在C语言中，总共为我们提供了两种字符转换函数。

int tolower ( int c ); //将参数传进去的大写字母转为小写字母
int toupper ( int c ); //将参数传进去的小写字母转为大写字母

下面我们详细解释上述两字符转换函数：

上述两个函数的参数部分和函数的返回值均为整型，函数参数部分是为了接收字符的ASCII码值，方便进一步进行大小写的转换。函数返回值是为了返回转换之后的字符ASCII码值，方便后续的使用。下面举字符转换函数的使用例子：

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>    //调用字符分类和转换函数的头文件
int main ()
{int i = 0;char str[] = "Test String.\n";char c;while (str[i]){c = str[i];if (islower(c))         //判断该字符是否为小写c = toupper(c);    //当字符为小写时，调用字符转换函数，将小写转换为大写putchar(c);i++;}return 0;
}

上述代码的具体解释：在字符分类函数的例子里，我们利用了ASCII码值进行大小写的转换。现在我们学习了字符转换函数，就可以直接使用 tolower 函数。从而达到预期的效果。
这里需要注意的是：字符转换函数同样需要<ctype.h>头文件，在字符转换函数调用时，其本质是通过ASCII码值转换大小写的。

三.字符串函数

1.strlen函数的使用和模拟实现

（1）函数的使用

在原先的学习中，我们了解了字符串函数中的strlen，并且知道了该函数的两种模拟实现方法。下面将对strlen函数进行复习和深层次的理解。

上述为strlen函数的图片介绍，根据上述图片得知：函数的参数类型为const char *；函数的返回值类型为无符号整型。函数参数类型经过const修饰，防止误将传来的字符串修改，char *类型指针接收字符串的首地址。函数的作用是从函数参数的地址处往后找 \0，找到后返回从字符串起始地址到 \0位置的字符串长度，因为是长度，所以函数的返回值是无符号整型。
这里需要注意的是：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的使需要包含头文件<string.h>。
下面举一个例题，强化一下对注意事项的理解：

#include <stdio.h>
#include <string.h>    //字符串函数需要的头文件
int main()
{const char* str1 = "abcdef";    //定义两个字符串const char* str2 = "bbb";if(strlen(str2)-strlen(str1)>0)    //利用strleen函数判断两者的大小，打印相关的信息{printf("str2>str1\n");} else{printf("srt1>str2\n");}return 0;
}

上述代码的具体解释：明显的第一个字符串比第二个字符串要长一些，所以我们会认为上述代码的输出结果为srt1>str2，实际上述代码的输出结果为str2>str1。这是为什么呢？
不要忘记了，strlen函数的返回类型为无符号整型，两个无符号整型类型的数据进行计算，得到的结果一定也是无符号整型。在上述代码中，字符串2的长度减去字符串1的长度结果为-3。但是我们要明白这里的-3应该是无符号整型。在系统中，数据存储的方式是以补码的形式，所以-3的补码为11111111 11111111 11111111 11111101。左侧32位数字就是-3的补码，但是现在被认为是无符号整型，那么首位的符号位就会被认为是数值位，这样原本结果应该是-3，现在却是一个特别大的整数，该数具体十六进制表示形式为：0xFFFFFFFD。可见此数非常之大。

（2）函数的模拟实现

在先前的学习中，我们学习了两种strlen函数的模拟实现的方法，下面进行复习和更深层次的学习：

<1>方法一：计数器法

//计数器⽅式 
int my_strlen(const char * str)    //模拟实现strlen函数
{int count = 0;    //定义计数器assert(str);    //调用assert函数，防止函数参数指针为空while(*str)    //当函数参数不为 \0进入循环{    count++;    //每一次循环，计数器++str++;        //将指针指向的位置后移，直至移到 \0处}return count;
}

上述strlen函数的实现手法为计数器法，从函数参数地址处开始，指针通过while循环的方式进行后移查找字符串末尾的 \0 ，直到找到 \0，函数返回计数器的数值。

<2>方法二：指针相减法

//指针-指针的⽅式 
int my_strlen(char *s)    
{assert(str);    //防止函数参数指针为空指针char *p = s;    //创建新的指针变量，用于循环中指针的移动while(*p != '\0' )p++;    //利用循环，将指针变量p进行后移，直至移到 \0的前面return p-s;        //返回两指针的差值
}

上述strlen函数的实现手法主要是运用了指针运算的法则，指针减法我们说过，当同类型指针相减时，得到的结果是两指针变量之间元素的个数。上述函数的实现中，通过创建新的指针变量，使函数参数的指针变量一直指向字符串的首地址，让创建的新指针变量进行后移，直至指向 \0前面的位置，最后函数返回两指针变量的差值。得到的结果就是字符串的长度。

<3>方法三：函数递归

我们在不久前了解了函数递归的法则，现在我们可以尝试用函数递归的方法模拟实现该函数。

根据上方图片的分析，我们可以知道：我们的my_strlen函数可以求出字符串的长度，求字符串长度时，当首字符不为 \0时，可以将此类大问题化为1+my_strlen（后面的字符串）；当首元素为 \0时，函数返回0。

//不能创建临时变量计数器 
int my_strlen(const char * str)
{assert(str);        //防止str为空指针时解引用出现错误if(*str == '\0')        //当字符串开头为 \0时，函数返回0return 0;elsereturn 1 + my_strlen(str+1);    //当字符串不是 \0，则函数递归调用进一步求出字符串长度
}

上方代码的具体解释：当字符串首字符为 \0时，函数返回0；当函数首字符不为 \0时，函数自己调用自己，进行函数递归，进一步求出字符串长度。

2.strcpy函数的使用和模拟实现

（1）函数的使用

在C语言学习过程中，有时候需要对字符串进行遍历或者进行某些计算，但是我们不想将该字符串内的字符破坏掉。这时候就会再创建一个新的字符串，保存旧字符串的数值，这样就可以不用担心改掉原字符串的内容（可以随便霍霍了）。但是这样显然很麻烦，于是C语言为我们提供了字符串复制函数，下面我们一起来了解一下吧！

根据上方图片得知，该函数的作用是：将字符串进行复制。函数的参数为两个 char *类型的变量，用于接收字符串的首地址；函数的返回值是char *，目的是返回复制好的字符串首地址，方便后续直接使用函数返回值，进行字符串的打印等之类的操作。
这个函数需要注意的是：源字符串必须以 '\0' 结束，这样才能知道字符串是否复制完毕。会将源字符串中的 '\0' 拷贝到目标空间，方便后续对复制好的字符串进行直接的使用。目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串，防止因为空间不够导致程序报错。目标空间必须可修改，否则就不可以将需要复制的字符串的值赋值给目标空间，进而达不到预期的效果。

（2）函数的模拟实现

char* my_strcpy(char *dest, const char*src)
{ char *ret = dest;    //创建指针变量保存字符串的首地址，防止因为计算而丢失首地址，这样就可以放心计算了assert(dest != NULL);        //防止两指针变量为空指针assert(src != NULL);while((*dest++ = *src++)){;}return ret;
}

在上述代码中，while循环语句运用了较为高级的写法：将字符串内容和末尾的 \0一同复制给了目标空间。目标空间首位置指针和源头字符串首字符指针一同进行后移，在指针变量指向的位置后移同时进行了内容的赋值，最后当源头指针变量进行到 \0位置处时，因为是后置++，所以再进行最后的赋值，这样就达成了预期的效果：将源头字符串的内容和末尾的 \0进行复制到目标空间。

3.strcat函数的使用和模拟实现

（1）函数的使用

该函数介绍：根据上述图片可以得出，该函数的作用是：将一个字符串追加到另一个字符串的后面。该函数的参数为两个char *类型的指针变量，用于接收两个字符串的首字符地址；该函数的返回类型为char *类型，方便后续直接使用返回值进行打印或其它操作。
这个函数需要注意的是：源字符串必须以 '\0' 结束，否则找不到追加的起始位置。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，

（2）函数的模拟实现

char *my_strcat(char *dest, const char*src)
{char *ret = dest;        //创建新的指针变量保存字符串的首地址，防止因计算数值变化而无法返回assert(dest != NULL);    //防止两指针为空指针assert(src != NULL);while(*dest)    //while循环，使dest指针指向\0的位置，方便后续字符串的覆盖{dest++;}while((*dest++ = *src++))    //进行字符串的追加{;}return ret;
}

根据上述图片的解析：我们可以得出：实现该函数只需要将源字符串的内容覆盖在目标空间字符串末尾的 \0位置处即可，这里我们不要忘记还要将原字符串的末尾 \0覆盖过去。
上述函数模拟实现的过程中，首先利用while循环找到目标空间字符串末尾的 \0，方便后续原字符串的覆盖，在找到末尾的 \0后，将原字符串复制到目标空间处（和strcpy函数实现的逻辑相同）。这样就完成了预期的效果：将原字符串追加到目标空间字符串的后面。

这里我们有个疑问？字符串是否可以对自己使用该函数？

首先dest指针会利用while循环找到该字符串的末尾 \0，然后src会覆盖掉目标空间的 \0，将src的内容逐步赋值给目标空间，但是因为src将 \0覆盖掉了，字符串末尾没有了 \0结尾，这样就会无限循环的进行追加，永不停息。这也是为什么原字符串末尾必须有 \0的原因。所以字符串不可以对自己使用该函数。

4.strcmp函数的使用和模拟实现

（1）函数的使用

该函数的介绍：该函数的作用是判断两字符串的大小关系。函数的参数为 const char *类型，是为了接收字符串的首字符地址，并且防止修改数据；函数的返回值为整型，当第一个字符串大于第二个字符串，则函数返回大于0的数字；当第一个字符串小于第二个字符串，则函数返回小于0的数字；当两字符串相等时，函数返回数字0。
此函数需要知道背后的原理，字符串的比较本质上比较的是每个字符的ASCII码值的大小。这里需要注意的是：该函数判断字符串的大小时，是逐一比较字符的ASCII码值，而不是比较字符串的长度。（也就是说：如果第一个字符串前面的字符ASCII码值比第二个字符串要大，那么第一个字符串就大于第二个字符串）。
例如字符串一：ts；第二个字符串为：abcdef。明显的第二个字符串的长度比第一个字符串的长度要长，但是第一个字符串的首字符ASCII码值大于第二个字符串首字符的ASCII码值，所以第一个字符串大于第二个字符串。

（2）函数的模拟实现

int my_strcmp (const char * str1, const char * str2)
{int ret = 0 ;    assert(str1 != NULL);        //防止两指针为空指针assert(str2 != NULL);while(*str1 == *str2)    //当两指针解引用内容相同时，进入循环{if(*str1 == '\0')        //如果两指针的解引用内容均为\0，则说明两字符串相等，返回数字0return 0;str1++;        //如果不为\0，表示前面的字符相等，但是后面还没有比较，于是指针++str2++;}return *str1-*str2;        //当两指针解引用内容不同时，不进入循环，直接返回指针解引用内容的差值
}

根据上述图片描述可得到，当两指针解引用相同时，进入while循环。当两指针解引用内容相同并且都为 \0，说明两字符串相同，则函数返回0；当两指针解引用内容相同，但是不为 \0时，将两指针指向的位置后移，判断下一个位置解引用的内容；当两指针解引用内容不相等时，不再进入while循环，直接返回两指针解引用内容的差值（刚好满足C语言规定的strcmp函数返回值的规则）。

5.strncpy函数的使用

根据上面的图片解析可以得到该函数的作用是：将目标字符串的前num个字符复制到目标空间中。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。该函数和strcpy函数极为类似，只是函数参数多了一个无符号整型，目的是控制复制字符串的字符个数。

6.strncat函数的使用

根据上方的图片可以得出，该函数的作用是将将source指向字符串的前num个字符追加到destination指向的字符串末尾，最后再追加一个 \0 。如果source指向的字符串的长度小于num时，便会将字符串中到 \0 的全部内容追加到destination指向的字符串末尾。该函数和strncat函数类似，只不过多了一个num参数，为了控制追加字符的个数。
下面举一个该函数使用的例子：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{char str1[20];        //创建了两个字符串，但是没有初始化char str2[20];strcpy (str1,"To be ");    //调用strcpy函数，将第二个参数复制给str1strcpy (str2,"or not to be");        //调用strcpy函数，将第二个参数复制给str1strncat (str1, str2, 6);        //调用strncat函数，在str1后面追加str2字符串的前6个字符printf("%s\n", str1);    return 0;
}

上方代码首先创建了两个没有进行初始化的字符串，然后调用strcpy函数，进行别样的初始化。（将"To be "复制给str1；将"or not to be"复制给str2），然后调用strncat函数，通过函数的参数可以得知，本代码的目的是将str2字符串前6个字符追加到str1字符串后。所以最后输出的内容为：To be or not。

7.strncmp函数的使用

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，如果提前发现不相等，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，则函数返回数字0；如果前面的字符串大，则函数返回大于0的数字；如果后面的字符串大，则函数返回小于0的数字。该函数和strcmp函数相似，只不过多了num参数，为了控制比较字符串的范围。

8.strstr函数的使用和模拟实现

（1）函数的使用

在C语言学习过程中，无论是数字还是字符串，我们都会遇到查找相关的问题。在一个给定的字符串查找另一个字符串。这种问题在学习过程中很常见，不错，strstr函数就是为了解决该问题而诞生的。下面我们进行该函数的学习。

通过上方的图片可以得出，函数的参数为char *类型的，用于接收两个字符串的首字符的地址；函数的返回值依然是char *类型的，用于返回字符串str2在字符串str1中第一次出现的位置。字符串的比较匹配不包含 \0 字符，以 \0 作为结束标志。
下面是该函数的使用举例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{char str[] ="This is a simple string";    //创建字符数组用于查找内容char * pch;    //定义指针变量，用于接收strstr函数的返回值pch = strstr (str,"simple");//调用strstr函数，在str找sample，并返回第一次在str数组找到位置处的指针strncpy (pch,"sample",6);    //调用strncpy函数将sample前6个字符复制到pch处printf("%s\n", str);    //打印字符数组现在的情况return 0;
}

上述代码的具体解释：首先创建了字符数组和指针变量，字符数组是需要查找内容的字符串，而指针变量是为了接收strstr函数的返回值。在上面调用strstr函数时，参数表明此次调用的目的是：在str字符串数组中找到字符串"simple"，并且返回第一次在str数组找到时的地址。然后pch就是str数组的simple string字符串的首字符的地址。最后调用strncpy函数，让sample字符串的前6个字符复制到pch空间中，就会覆盖掉simple。最后打印str数组结果为："This is a sample string"。

（2）函数的模拟实现

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);
}

上述代码的具体解释：当需要查找的字符串为空时，返回原字符串（对特殊情况的处理）。当需要查找的字符串不为空时，进入外层while循环，创建指针变量保存两字符串的首地址，方便后续计算，防止因为计算丢失字符串的首地址。当两指针不为空且两指针相等，则有可能匹配成功，两指针将指向的位置后移。一直到str2为空时，匹配成功，则返回第一次找到的指针cp。
上述图片的例子，当第一次s1等于s2时，s1和s2继续向后移动，但是此时s1不等于s2了。不进入内层while循环，cp指针后移，继续进行下一次匹配。这时候通过了匹配，就返回保存的第一次查找到的str2首地址cp。

9.strtok函数的使用

该函数的介绍：该函数的作用：在一个字符串中去掉包含另一个字符串内容的字符。函数第一个参数为已知的字符串，第二个函数参数为需要去掉的分隔符。函数的返回值为char *类型，返回指向当前子串的指针，若无可分割字串则返回NULL。
delimiters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delimiters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。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{char arr[] = "192.168.6.111";    //创建了字符数组，准备去掉其中的分隔符char* sep = ".";        //创建了需要分割的字符串数组char* str = NULL;    for (str = strtok(arr, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep)){//通过for循环，分批次打印去掉分隔符的每个字符串printf("%s\n", str);}return 0;
}

上述代码通过for循环，打印去掉分隔符的每个字符串。当第一个参数变为NULL时。循环停止，打印完毕。
上述代码的输出结果为：
192
168
6
111

10.strerror函数的使用

在我们书写代码时，难免会碰到一些问题，编译器报错会为我们提示这些问题所在，但是有些问题，编译通过了，但是没有报出问题所在，这个时候我们就需要strerror函数来接收错误信息了。

strerror函数可以把得到参数部分错误码对应的错误信息的字符串地址。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 头文件中。C语言程序启动的时候就会使用一个全局的变量errno，来记录程序的当前错误码，只不过程序启动的时候errno的值是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。
下面我们尝试打印0-10错误码的错误信息：

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main()
{int i = 0;for (i = 0; i <= 10; i++)     //利用循环，打印错误码为0-10的错误信息printf("%s\n", strerror(i));return 0;
}

在Windows11和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

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main ()
{FILE * pFile;        //创建文件流，用于接收下方操作的返回值pFile = fopen ("unexist.ent","r");    //打开文件，进行只读操作if (pFile == NULL)    //当文件不存在时，打印下方错误信息printf ("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));return 0;
}

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。所以可以理解perror=printf+strerror。

#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");        //利用perror函数直接打印错误信息return 0;
}