C语言字符串安全查找 ：strchr_s、strrchr_s、strstr_s

在 C11 标准中，为了增强字符串操作的安全性，引入了一系列安全版本的字符串函数。下面详细解析 strchr_s、strrchr_s 和 strstr_s 这三个字符串安全查找函数。

1. strchr_s - 安全字符查找

函数原型

errno_t strchr_s(const char *str,size_t strsz,int ch,char **result
);

功能说明

查找字符 ch 在字符串 str 中第一次出现的位置。

参数说明

• str：要搜索的字符串
• strsz：字符串缓冲区大小
• ch：要查找的字符
• result：指向指针的指针，用于存储找到的位置

返回值

• 成功：返回 0
• 失败：返回非零错误码

示例代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {const char *text = "Hello, World!";char *result = NULL;errno_t err;// 查找字符 'W'err = strchr_s(text, strlen(text) + 1, 'W', &result);if (err == 0 && result != NULL) {printf("找到字符 'W'，位置：%ld\n", result - text);printf("剩余字符串：%s\n", result);} else {printf("未找到字符 'W'\n");}return 0;
}

2. strrchr_s - 安全反向字符查找

函数原型

errno_t strrchr_s(const char *str,size_t strsz,int ch,char **result
);

功能说明

查找字符 ch 在字符串 str 中最后一次出现的位置。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {const char *filename = "document.txt.backup";char *result = NULL;errno_t err;// 查找最后一个点号err = strrchr_s(filename, strlen(filename) + 1, '.', &result);if (err == 0 && result != NULL) {printf("文件扩展名：%s\n", result + 1); // 跳过点号} else {printf("未找到文件扩展名\n");}return 0;
}

3. strstr_s - 安全子串查找

函数原型

errno_t strstr_s(const char *str,size_t strsz,const char *substr,char **result
);

功能说明

查找子串 substr 在字符串 str 中第一次出现的位置。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {const char *text = "The quick brown fox jumps over the lazy dog";char *result = NULL;errno_t err;// 查找子串 "fox"err = strstr_s(text, strlen(text) + 1, "fox", &result);if (err == 0 && result != NULL) {printf("找到子串 'fox'，位置：%ld\n", result - text);printf("从该位置开始的字符串：%s\n", result);} else {printf("未找到子串 'fox'\n");}return 0;
}

4. 完整示例程序

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>void demonstrate_strchr_s() {printf("=== strchr_s 示例 ===\n");const char *text = "Programming in C";char *result = NULL;errno_t err = strchr_s(text, strlen(text) + 1, 'g', &result);if (err == 0 && result != NULL) {printf("第一个 'g' 在位置：%ld\n", result - text);} else {printf("查找失败，错误码：%d\n", err);}
}void demonstrate_strrchr_s() {printf("\n=== strrchr_s 示例 ===\n");const char *path = "/home/user/documents/file.txt";char *result = NULL;errno_t err = strrchr_s(path, strlen(path) + 1, '/', &result);if (err == 0 && result != NULL) {printf("文件名：%s\n", result + 1);} else {printf("查找失败，错误码：%d\n", err);}
}void demonstrate_strstr_s() {printf("\n=== strstr_s 示例 ===\n");const char *sentence = "C programming is powerful and C is widely used";char *result = NULL;errno_t err = strstr_s(sentence, strlen(sentence) + 1, "C programming", &result);if (err == 0 && result != NULL) {printf("找到子串，位置：%ld\n", result - sentence);printf("内容：%s\n", result);} else {printf("未找到子串，错误码：%d\n", err);}
}int main() {demonstrate_strchr_s();demonstrate_strrchr_s();demonstrate_strstr_s();return 0;
}

5. 错误处理

这些函数在发生错误时会返回相应的错误码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>void error_handling_example() {const char *text = "Hello";char *result = NULL;// 测试各种错误情况// 1. 空指针errno_t err = strchr_s(NULL, 10, 'H', &result);if (err != 0) {printf("错误：空指针，错误码：%d\n", err);}// 2. 字符串长度超过缓冲区大小err = strchr_s(text, 3, 'o', &result); // 实际字符串长度 > 3if (err != 0) {printf("错误：缓冲区大小无效，错误码：%d\n", err);}// 3. 正常情况err = strchr_s(text, strlen(text) + 1, 'l', &result);if (err == 0 && result != NULL) {printf("成功找到字符，位置：%ld\n", result - text);}
}

6. 与传统函数的对比

特性	传统函数	安全版本
参数验证	无	有完整的参数检查
缓冲区溢出保护	无	通过 strsz 参数提供
返回值	直接返回指针	通过错误码和输出参数
空指针处理	未定义行为	明确返回错误码

字符串安全查找函数对比表

特性	strchr_s	strrchr_s	strstr_s
函数原型	errno_t strchr_s(const char *str, size_t strsz, int ch, char **result)	errno_t strrchr_s(const char *str, size_t strsz, int ch, char **result)	errno_t strstr_s(const char *str, size_t strsz, const char *substr, char **result)
查找方向	正向查找（从左到右）	反向查找（从右到左）	正向查找（从左到右）
查找目标	单个字符	单个字符	字符串（子串）
查找内容	字符 ch	字符 ch	子串 substr
返回位置	第一次出现的位置	最后一次出现的位置	第一次出现的位置
主要用途	查找字符首次出现	查找字符最后出现	查找子串首次出现
典型应用场景	解析字符串前缀、查找分隔符	文件扩展名提取、路径解析	关键词搜索、模式匹配
参数类型	int ch（字符）	int ch（字符）	const char *substr（字符串）
时间复杂度	O(n)	O(n)	O(n×m) 最坏情况
返回值机制	通过 result 输出参数返回位置	通过 result 输出参数返回位置	通过 result 输出参数返回位置
错误返回值	非零错误码	非零错误码	非零错误码

详细功能对比

功能细节	strchr_s	strrchr_s	strstr_s
查找范围	整个字符串	整个字符串	整个字符串
匹配方式	精确字符匹配	精确字符匹配	子串完全匹配
空字符处理	会找到字符串结束符 \0	会找到字符串结束符 \0	不会匹配空字符串
大小写敏感	是	是	是
内存安全	是（通过strsz参数）	是（通过strsz参数）	是（通过strsz参数）
标准版本	C11	C11	C11

使用示例对比

使用场景	strchr_s	strrchr_s	strstr_s
示例输入	"[e-mail]"	"/path/to/file.txt"	"C programming is fun"
查找目标	'@'	'/'	"programming"
查找结果	"@example.com"	"/file.txt"	"programming is fun"
实际应用	邮箱域名提取	文件名提取	关键词定位

错误处理对比

错误情况	strchr_s	strrchr_s	strstr_s
str为NULL	返回错误	返回错误	返回错误
result为NULL	返回错误	返回错误	返回错误
strsz为0	返回错误	返回错误	返回错误
strsz超过实际大小	可能返回错误	可能返回错误	可能返回错误
未找到目标	result设为NULL，返回0	result设为NULL，返回0	result设为NULL，返回0
substr为NULL	不适用	不适用	返回错误

性能特点对比

性能指标	strchr_s	strrchr_s	strstr_s
最佳情况	O(1) - 目标在开头	O(n) - 必须扫描整个字符串	O(n) - 目标在开头
最坏情况	O(n) - 目标在末尾或不存在	O(n) - 必须扫描整个字符串	O(n×m) - 需要回溯匹配
平均情况	O(n/2)	O(n)	O(n+m)
内存访问	顺序访问	顺序访问（但需要记录最后位置）	顺序访问，可能回溯

适用场景总结

场景类型	推荐函数	理由
查找分隔符	strchr_s / strrchr_s	单字符查找效率高
提取文件扩展名	strrchr_s	需要找到最后一个点号
搜索关键词	strstr_s	需要匹配整个子串
解析路径	strrchr_s	提取文件名或最后一级目录
验证字符串格式	strchr_s	检查特定字符是否存在
文本内容搜索	strstr_s	在长文本中查找短语

这个对比表清晰地展示了三个安全字符串查找函数在功能、性能和适用场景上的差异，帮助开发者根据具体需求选择合适的函数。

总结

安全版本的字符串查找函数提供了以下优势：

1. 参数验证：检查空指针和无效参数
2. 边界检查：通过 strsz 参数防止缓冲区溢出
3. 明确的错误处理：通过返回值提供详细的错误信息
4. 一致性：统一的错误返回机制

在使用这些函数时，务必：

• 正确计算字符串缓冲区大小（通常为 strlen(str) + 1）
• 检查返回值以确保操作成功
• 正确处理错误情况

这些安全函数特别适用于对安全性要求较高的应用程序，如系统软件、网络服务等。