C语言进阶知识--字符和字符串函数

目录:

1. 字符分类函数
2. 字符转换函数
3. strlen的使用和模拟实现
4. strcpy的使用和模拟实现
5. strcat的使用和模拟实现
6. strcmp的使用和模拟实现
7. strncpy函数的使用
8. strncat函数的使用
9. strncmp函数的使用
10. strstr的使用和模拟实现
11. strtok函数的使用
12. strerror函数的使用

正文开始

在编程的过程中，我们经常要处理字符和字符串，为了方便操作字符和字符串，C语言标准库中提供了一系列库函数，接下来我们就学习一下这些函数。

1. 字符分类函数

C语言中有一系列的函数是专门做字符分类的，也就是判断一个字符属于什么类型的字符。这些函数的使用都需要包含头文件 <ctype.h>。

函数名	功能描述
iscntrl	控制字符（如退格、换行等）
isspace	空白字符：空格' '、换页'\f'、换行'\n'、回车'\r'、制表符'\t'或者垂直制表符'\v'
isdigit	十进制数字 '0' ~ '9' 字符
isxdigit	十六进制数字，包括所有十进制数字字符、小写字母a~f、大写字母A~F
islower	小写字母 a~z
isupper	大写字母 A~Z
isalpha	字母（包括大写和小写字母）
isalnum	字母或数字
isgraph	任何图形字符（不包括空白字符）
isprint	任何可打印字符，包括图形字符和空白字符

这些函数的使用方法非常类似，我们以 islower 为例讲解，其他函数用法可类比：

int islower ( int c );

islower 用于判断参数 c 是否为小写字母。通过返回值判断结果：若为小写字母，返回非0的整数；若不是小写字母，返回0。

练习：将字符串中的小写字母转大写，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;  // 小写字母ASCII码值比大写大32，减去32转为大写putchar(c);i++;}return 0;
}

2. 字符转换函数

C语言提供了2个常用的字符转换函数：

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

上面的“小写转大写”练习，也可以用 toupper 函数简化实现，无需手动计算ASCII码差值：

#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);  // 直接调用函数转换为大写putchar(c);i++;}return 0;
}

3. strlen 的使用和模拟实现

函数原型

size_t strlen ( const char * str );

功能说明

• 字符串以 '\0' 作为结束标志，strlen 函数返回的是字符串中 '\0' 前面出现的字符个数（不包含 '\0'）。
• 注意事项：
  1. 参数指向的字符串必须以 '\0' 结束，否则会导致计算结果错误（读取到随机内存内容）。
  2. 函数的返回值类型为 size_t（无符号整数），使用时需注意无符号数的运算特性（如无符号数相减不会得到负数）。
• 使用需包含头文件 <string.h>。

示例：strlen 使用注意（无符号返回值问题）

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{const char* str1 = "abcdef";  // 长度为6const char* str2 = "bbb";     // 长度为3// 注意：strlen返回无符号数，3-6的结果是无符号数（4294967293），因此判断为真if(strlen(str2) - strlen(str1) > 0)printf("str2>str1\n");elseprintf("str1>str2\n");return 0;
}

运行结果：str2>str1（因无符号数运算特性导致的“逻辑错误”，实际应比较 strlen(str1) > strlen(str2)）。

strlen 的模拟实现

方式1：计数器方式

#include <assert.h>  // 用于断言
int my_strlen(const char * str)
{int count = 0;assert(str);  // 断言str不为NULL，避免空指针访问while(*str)   // 当*str不为'\0'时循环{count++;  // 计数器累加str++;    // 指针向后移动}return count;
}

方式2：递归方式（不创建临时变量计数器）

#include <assert.h>
int my_strlen(const char * str)
{assert(str);if(*str == '\0')return 0;  // 递归终止条件：遇到'\0'返回0elsereturn 1 + my_strlen(str + 1);  // 递归调用，累加字符数
}

方式3：指针-指针方式

#include <assert.h>
int my_strlen(const char * str)
{assert(str);const char *p = str;  // 保存字符串起始地址while(*p != '\0')     // 移动指针到'\0'位置p++;return p - str;       // 指针差值 = 字符个数（地址差=元素个数）
}

4. strcpy 的使用和模拟实现

函数原型

char* strcpy(char * destination, const char * source );

功能说明

将 source 指向的字符串（包括终止符 '\0'）拷贝到 destination 指向的数组中，拷贝到 '\0' 时停止。

• 注意事项：
  1. 源字符串（source）必须以 '\0' 结束，否则会导致越界拷贝。
  2. 会将源字符串的 '\0' 拷贝到目标空间。
  3. 目标空间（destination）必须足够大，能容纳源字符串的全部内容（包括 '\0'），避免内存越界。
  4. 目标空间必须可修改（不能是常量字符串，如 const char* 指向的内容）。
• 使用需包含头文件 <string.h>。

strcpy 的模拟实现

#include <assert.h>
char* my_strcpy(char *dest, const char* src)
{char *ret = dest;  // 保存目标空间起始地址（用于返回）assert(dest != NULL && src != NULL);  // 断言指针非空// 循环拷贝：先赋值*dest = *src，再将指针向后移动，直到*src为'\0'（赋值后终止）while((*dest++ = *src++)){;  // 空语句，循环体无需额外操作}return ret;  // 返回目标字符串起始地址
}

5. strcat 的使用和模拟实现

函数原型

char* strcat(char * destination, const char * source );

功能说明

将 source 指向的字符串追加到 destination 指向的字符串末尾：覆盖 destination 的终止符 '\0'，并在追加后的新字符串末尾添加 '\0'。

• 注意事项：
  1. 源字符串（source）必须以 '\0' 结束，否则无法确定追加的内容范围。
  2. 目标字符串（destination）必须以 '\0' 结束，否则无法确定追加的起始位置。
  3. 目标空间必须足够大，能容纳原目标字符串 + 源字符串的全部内容（包括 '\0'）。
  4. 目标空间必须可修改。
  5. 禁止字符串自追加（如 strcat(str, str)）：因追加时会覆盖源字符串的 '\0'，导致无限循环越界。
• 使用需包含头文件 <string.h>。

strcat 的模拟实现

#include <assert.h>
char *my_strcat(char *dest, const char* src)
{char *ret = dest;  // 保存目标空间起始地址assert(dest != NULL && src != NULL);  // 断言指针非空// 1. 移动dest指针到目标字符串的'\0'位置while(*dest)dest++;// 2. 拷贝src到dest（同strcpy逻辑，包括'\0'）while((*dest++ = *src++)){;}return ret;  // 返回目标字符串起始地址
}

6. strcmp 的使用和模拟实现

函数原型

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

功能说明

比较 str1 和 str2 指向的字符串，从第一个字符开始逐字符比较ASCII码值：

• 若对应字符相等，继续比较下一对字符；

• 若对应字符不等，或遇到 '\0'，停止比较。

• 标准返回值规定：

  1. 若 str1 > str2（第一对不等字符中，str1 字符ASCII码更大），返回大于0的整数；
  2. 若 str1 == str2（所有字符相等，且同时遇到 '\0'），返回0；
  3. 若 str1 < str2，返回小于0的整数。

• 使用需包含头文件 <string.h>。

strcmp 的模拟实现

#include <assert.h>
int my_strcmp (const char * str1, const char * str2)
{assert(str1 != NULL && str2 != NULL);  // 断言指针非空// 逐字符比较，直到字符不等或遇到'\0'while(*str1 == *str2){if(*str1 == '\0')return 0;  // 同时遇到'\0'，字符串相等str1++;str2++;}// 字符不等时，返回ASCII码差值（直接反映大小关系）return *str1 - *str2;
}

7. strncpy 函数的使用

函数原型

char * strncpy ( char * destination, const char * source, size_t num );

功能说明

将 source 指向的字符串的前 num 个字符拷贝到 destination 指向的空间。

• 特殊情况处理：
  1. 若源字符串长度 大于等于 num：只拷贝前 num 个字符，不追加 '\0'（需手动处理终止符）；
  2. 若源字符串长度 小于 num：拷贝完源字符串（包括 '\0'）后，在目标空间剩余位置填充 0（即 '\0'），直到总拷贝数为 num。
• 使用需包含头文件 <string.h>。

8. strncat 函数的使用

函数原型

char * strncat ( char * destination, const char * source, size_t num );

功能说明

将 source 指向的字符串的前 num 个字符追加到 destination 指向的字符串末尾，并在最终结果后强制追加一个 '\0'。

• 特殊情况处理：
  1. 若源字符串长度 大于等于 num：只追加前 num 个字符，再追加 '\0'；
  2. 若源字符串长度 小于 num：只追加源字符串的全部内容（包括 '\0'），无需额外填充。
• 使用需包含头文件 <string.h>。

示例：strncat 使用

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{char str1[20];char str2[20];strcpy (str1,"To be ");    // str1: "To be \0"strcpy (str2,"or not to be");  // str2: "or not to be\0"strncat (str1, str2, 6);  // 追加str2的前6个字符："or not"，再追加'\0'printf("%s\n", str1);     // 输出：To be or notreturn 0;
}

9. strncmp 函数的使用

函数原型

int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t num );

功能说明

比较 str1 和 str2 指向的字符串的前 num 个字符，比较逻辑同 strcmp，但最多比较 num 个字符后停止。

• 返回值规定：

  返回值	含义
  < 0	str1 的前 num 个字符小于 str2
  = 0	str1 和 str2 的前 num 个字符完全相等
  > 0	str1 的前 num 个字符大于 str2

• 使用需包含头文件 <string.h>。

10. strstr 的使用和模拟实现

函数原型

char * strstr ( const char * str1, const char * str2);

功能说明

在 str1 指向的字符串中，查找 str2 指向的字符串（称为“子串”）的第一次出现位置：

• 若找到，返回 str1 中指向子串起始位置的指针；
• 若未找到（或 str2 为空字符串），返回 NULL。
• 匹配过程不包含 '\0'，但遇到 '\0' 时停止。
• 使用需包含头文件 <string.h>。

示例：strstr 使用

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{char str[] ="This is a simple string";char * pch;pch = strstr (str,"simple");  // 在str中查找"simple"，返回其起始指针if(pch != NULL)strncpy (pch,"sample",6);  // 将"simple"替换为"sample"printf("%s\n", str);          // 输出：This is a sample stringreturn 0;
}

strstr 的模拟实现

#include <assert.h>
char * strstr (const char * str1, const char * str2)
{const char *cp = str1;    // 用于遍历str1的指针const char *s1, *s2;      // s1遍历str1子串，s2遍历str2if (!*str2)               // 若str2为空字符串，直接返回str1return (char *)str1;// 遍历str1，直到cp指向'\0'while (*cp){s1 = cp;              // 记录当前str1的起始位置s2 = str2;            // 重置str2的起始位置// 逐字符比较s1和s2，直到字符不等或遇到'\0'while (*s1 && *s2 && (*s1 == *s2)){s1++;s2++;}if (!*s2)             // 若s2遍历到'\0'，说明找到子串return (char *)cp;cp++;                 // 未找到，cp向后移动一位}return NULL;              // 遍历完str1仍未找到，返回NULL
}

11. strtok 函数的使用

函数原型

char * strtok ( char * str, const char * sep);

功能说明

将 str 指向的字符串按 sep 定义的“分隔符集合”拆分（分割为多个“标记”）：

• sep：指向一个字符串，包含所有用作分隔符的字符（如 ".-" 表示分隔符为 . 和 -）；
• strtok 会将找到的标记末尾替换为 '\0'，并返回指向该标记的指针；
• 关键特性：
  1. 若 str 不为 NULL：函数找到 str 中第一个标记，保存其在字符串中的位置，供下次调用使用；
  2. 若 str 为 NULL：函数从上次保存的位置继续查找下一个标记；
  3. 若无更多标记，返回 NULL；
  4. 函数会修改原字符串（替换 '\0'），因此建议传入原字符串的临时拷贝（避免破坏原数据）。
• 使用需包含头文件 <string.h>。

示例：strtok 使用（拆分IP地址）

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{char arr[] = "192.168.6.111";  // 原字符串（可修改）char* sep = ".";               // 分隔符为 '.'char* str = NULL;// 循环拆分：首次传arr，后续传NULLfor (str = strtok(arr, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep)){printf("%s\n", str);  // 依次输出每个标记：192、168、6、111}return 0;
}

12. strerror 函数的使用

函数原型

char* strerror ( int errnum );

功能说明

将错误码 errnum 转换为对应的“错误信息字符串”，并返回该字符串的地址。

• 相关背景：
  1. C语言中，错误码定义在头文件 <errno.h> 中，程序启动时全局变量 errno 初始化为0（表示无错误）；
  2. 当标准库函数执行出错时，会将对应的错误码写入 errno；
  3. strerror 的作用是“翻译”错误码（如 errno=2 对应 “No such file or directory”），方便开发者理解错误原因。
• 使用需包含头文件 <string.h> 和 <errno.h>。

示例1：打印0~10对应的错误信息

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main()
{int i = 0;for (i = 0; i <= 10; i++) {printf("%s\n", strerror(i));  // 打印每个错误码对应的信息}return 0;
}

Windows11+VS2022 环境输出：

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

示例2：结合 errno 处理文件操作错误

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main ()
{FILE * pFile;// 尝试打开不存在的文件（只读模式）pFile = fopen ("unexist.ent","r");if (pFile == NULL)  // 打开失败时，fopen返回NULL，errno被设置为对应错误码{// 打印错误信息：strerror(errno) 翻译当前errno对应的错误printf ("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));}return 0;
}

输出：

Error opening file unexist.ent: No such file or directory

补充：perror 函数

perror 是简化版的“错误打印函数”，功能等同于 printf("xxx: %s\n", strerror(errno))，直接打印错误信息：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main ()
{FILE * pFile;pFile = fopen ("unexist.ent","r");if (pFile == NULL){// 格式：先打印参数字符串，再打印 ": "，最后打印错误信息perror("Error opening file unexist.ent");}return 0;
}

输出：

Error opening file unexist.ent: No such file or directory

文章参考资料：鹏哥C语言