strlen 函数的使用与模拟实现

目录

一、strlen 函数的基本特性

二、使用注意事项

补码是计算机表示有符号整数的标准方式，其核心规则是：（后面会讲解）

具体执行过程

为什么会出现这种情况

补码计算详细解释

三、strlen 的模拟实现

方法1：计数器方式

方法2：递归方式（不创建临时变量）

方法3：指针相减方式

四、实际应用建议

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一、strlen 函数的基本特性

strlen 是 C 语言标准库中用于计算字符串长度的函数，其原型如下：

size_t strlen(const char *str);

该函数具有以下特点：

1. 以 '\0' 为结束标志：字符串必须以空字符 '\0' 结尾，函数返回的是 '\0' 前面出现的字符个数（不包含 '\0' 本身）

2. 返回值类型：返回值为 size_t 类型，这是一个无符号整型（unsigned integer），这在比较字符串长度时容易导致错误

3. 头文件：使用前需要包含 <string.h> 头文件

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二、使用注意事项

        在这个例子中，关键问题在于 strlen() 返回的是 size_t 类型（无符号整数），而两个无符号整数相减的结果也是无符号整数，这会导致一些违反直觉的比较结果。

#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");  // 这个分支会被执行}else{printf("str1 > str2\n");}return 0;
}

        上述代码会输出 "str2 > str1"，尽管直观上 "abcdef" 比 "bbb" 长。这是因为无符号数相减的结果也是无符号数，永远不会小于0。

补码是计算机表示有符号整数的标准方式，其核心规则是：（后面会讲解）

• 正数的补码 = 其二进制原码（和原码相同）

• 负数的补码 = 其绝对值的二进制表示取反（按位取反）后加 1

具体执行过程

1. strlen(str2) 返回 3（size_t 类型）

2. strlen(str1) 返回 6（size_t 类型）

3. 计算 3 - 6：

   • 对于无符号整数，这个操作不会产生负数

   • 在32位系统中，size_t 通常是32位无符号整数

   • 3 - 6 的补码计算：

     • 3 的二进制: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011

     • -6 的二进制（补码）: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010

     • 相加结果: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101

   • 这个结果解释为无符号整数是一个很大的正数（4294967293）

4. 比较 (4294967293 > 0) 结果为真

为什么会出现这种情况

• 无符号整数没有负数的概念，当减法结果为"负"时，会回绕到最大的无符号整数

• 这是C语言中常见的安全隐患，称为"无符号整数回绕"(unsigned integer wrap-around)

补码计算详细解释

在计算机中，负数用补码表示，减法实际上是加负数的补码：

1. 计算 -6 的补码：

   • 6 的二进制: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110

   • 取反: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1001

   • 加1: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010 (这就是-6的补码)

2. 计算 3 + (-6):

     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 (3)
   + 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010 (-6)
   -----------------------------------------1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101 (结果)

3. 如果解释为有符号整数，这是-3

4. 但作为无符号整数，这是4294967293

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三、strlen 的模拟实现

方法1：计数器方式

#include <assert.h>
#include <stdio.h>int my_strlen(const char* str)
{int count = 0;assert(str != NULL);  // 确保指针非空while (*str != '\0'){count++;str++;}return count;
}int main()
{const char* str1 = "abcdef";const char* str2 = "bbb";printf("%zu\n", my_strlen(str1));printf("%zu\n", my_strlen(str2));return 0;
}

方法2：递归方式（不创建临时变量）

#include <assert.h>
#include <stdio.h>int my_strlen(const char* str)
{assert(str != NULL);if (*str == '\0')return 0;elsereturn 1 + my_strlen(str + 1);
}int main()
{const char* str1 = "abcdef";const char* str2 = "bbb";printf("%zu\n", my_strlen(str1));printf("%zu\n", my_strlen(str2));return 0;
}

先拆分（递推），再回归（返回）：（忘记了的话可以先回顾递归那一章节的知识点）

方法3：指针相减方式

#include <assert.h>
#include <stdio.h>int my_strlen(const char* str)
{assert(str != NULL);const char* p = str;  // 使用const保持一致性while (*p != '\0')p++;return p - str;  // 指针相减得到元素个数
}int main()
{const char* str1 = "abcdef";const char* str2 = "bbb";printf("%zu\n", my_strlen(str1));printf("%zu\n", my_strlen(str2));return 0;
}

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四、实际应用建议

1. 安全性：在实际项目中，应考虑添加参数检查（如使用assert）

2. const修饰：使用const修饰指针参数可以防止意外修改字符串内容

3. 性能考虑：指针相减的方式通常效率最高，递归方式最不推荐在实际项目中使用

4. 边界情况：处理空字符串("")时应返回0，处理NULL指针时应进行错误处理

        这些实现方式展示了C语言中字符串操作的多种思路，理解它们有助于深入掌握指针和字符串处理的核心概念。