C语言学习笔记——字符串函数和内存函数-创新互联

前言

对于字符串的操作可以说是C语言基础学习的一大难点。C语言标准库中有许多用于处理字符串的库函数。今天我来分享一些常用的字符串函数的使用方法和原理。

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一、字符串函数 1.strlen

size_t strlen (const char * str);

strlen函数用于计算字符串长度，传入字符串起始地址(char*类型)即可计算从起始地址处开始，至'\0'(字符串结束的标志)处的字符个数(不包括'\0')，并以size_t(即unsigned int)类型返回。例如以下代码的打印值即为12。

char arr[] = "Hello world!";
printf("%d\n",strlen(arr));

strlen函数的原理非常简单，可借助循环对字符串进行遍历，并通过循环变量来记录循环发生的次数，直到遇见'\0'为止。最后返回循环变量的值即可。

2.strcpy

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

strcpy函数可将参数中source所指向的字符串复制至destination所指向的字符串处，并返回destination所指向的地址。例如以下代码，将str2指向的字符串复制至str1所指向的字符串处，覆盖原字符串，最后输出"you "。注意，字符串str2中的'\0'字符也被复制至str1中对应位置，故str1字符串的内容变为"you\0o\0"，输出为"you"。

char str1[] = "hello ";
char str2[] = "you";
printf("%s\n",strcpy(str1,str2));

strcpy函数的原理是将source中的字符一个一个赋值给destination中的元素，直到source指针遇到'\0'。利用循环赋值即可实现。

3.strcat

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

strcat函数可将source所指向的字符串内容追加至destination指向的字符串后，并返回destination所指向的地址。例如以下代码，将"world"追加至"hello"后，输出"helloworld"。

char str1[] = "hello";
char str2[] = "world";
printf("%s\n",strcat(str1,str2));

strcat函数的原理可以理解为将source所指向的字符串复制到destination所指向的字符串后，即复制到destination所指向的字符串的'\0'处。首先通过destination和destination所指向的字符串长度确定destination所指向的字符串的'\0'的地址，再仿照strcpy函数将source所指向的字符串复制过来即可。

4.strcmp

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

strcmp函数用于比较两个字符串的大小，从给定的两个起始地址开始对两字符串的各个字符进行逐一对比，若字符相同，则对比下一对字符，若str1中字符的ASCII码值大，则返回一个正数；若str中字符的ASCII码值小，则返回一个负数；若两字符串完全相同，则返回0。例如以下两段代码，分别返回0和一个正数。

char str1[] = "abc";
char str2[] = "abc";
printf("%d\n",strcmp(str1,str2));

char str1[] = "abcq";
char str2[] = "abcdefg";
printf("%d\n",strcmp(str1,str2));

strcmp函数的原理就是通过循环来比较两个字符串的各个字符是否相同，我们可以先分两种情况讨论。当两字符串相同时，它们的各个字符相同，直到'\0'，因此我们通过循环来判断，当有字符不同时即跳出循环，而当两字符均为'\0'时说明两字符串完全相同，直接返回0即可；当两字符串不同时，则比较不同的两个字符大小，并视情况返回正数或负数。

5.strn系列

这里strn系列指strncpy、strncat、strncmp，这些函数的原理与上述三个函数基本相同，区别在于strn系列的对字符串的操作长度受限。我们知道，strcpy、strcat和strcmp判断结束的标志都是'\0'，而strn系列的操作长度受参数控制，这里以strncpy和strcpy对比为例。

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

从函数声明上看，两函数的差异只有参数，strncpy要多一个size_t类型参数，这就是长度限制。例如以下代码

char str1[] =  "hello world";
char str2[] = "abcdef";
printf("%s\n",strcpy(str1,str2));
printf("%s\n",strncpy(str1,str2,3));

打印结果分别为"abcdef"和"abclo world"。由于传入的参数num为3，故strncpy函数只会复制前3个字符，而strcpy函数会将str2字符串整个复制到str1处。

6.strstr

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

strstr函数用于查找字符串str1中是否含有字符串str2，若含有，则返回str1中与str2相同字符串的起始地址；若不含，则返回空指针。例如以下代码，分别返回'c'的地址和空指针。

char str1[] = "abcde";
char str2[] = "cd";
char str3[] = "bd";
printf("%p\n",strstr(str1,str2));
printf("%p\n",strstr(str1,str3));

strstr函数的原理较为复杂，首先我们要记录str2的起始地址，以防止在遍历时丢失地址。然后对字符串str1进行遍历，直到找到与str2首字符相同的字符，接下来即可仿照strcmp的原理进行比较。但是需要注意，同样为了防止丢失地址，需要记录str1此时的地址。对比完成后，若相同则返回str1此时的地址，若不同则从str1此时的地址开始继续向后遍历。若str1遍历至'\0'仍未找到相同的字符串，则返回空指针。

7.strtok

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

strtok函数的作用是将字符串str以指定的分界符分割，将str中与分界符相同的字符全部改为'\0'，首次返回字符串str的首地址。它的特点是若再次调用时传入空指针，函数将返回上一次调用时产生的'\0'后一位的地址，例如以下代码，打印值分别为"1234567"、"163"和"com"。

char str[] = "1234567@163.com";
char deli[] = "@.";
printf("%s\n",strtok(str,deli));
printf("%s\n",strtok(NULL,deli));
printf("%s\n",strtok(NULL,deli));

strtok函数的原理是将字符串str中的每个字符与delimiters中的所有字符比较，若有相同则将其改为'\0'，并返回str的起始地址。需要注意的是，我们需要创建一个静态变量来保存'\0'后的地址，以确保下次传入空指针时能找到该地址。

二、内存函数

由于字符串函数仅针对字符型变量，无法操作其他类型的变量，故C语言标准库提供了内存函数以操作不同类型的变量。

1.memset

void * memset ( void * ptr, int value, size_t num );

memset函数可将一段内存空间设定为指定值，其中指针ptr为空间的起始地址，变量value为修改值，变量num为空间大小（单位：字节），返回起始地址。由于返回值为void*类型的指针，使用时需进行强制类型转换。该函数原理较简单，通过循环赋值即可由于参数为void*类型的指针，可强制类型转换为char*类型的指针进行操作。

2.memcmp

int memcmp (const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num);

memcmp函数的功能和原理均类似于strcmp函数，将参数的void*指针转为char*类型进行操作即可，这里就不过多解释了。

3.memcpy与memmove

void * memcpy (void * destination, const void * source, size_t num);
void * memmove (void * destination, const void * source, size_t num);

这两个函数的作用极其相似，但略有不同。它们都是用来将source所指向的数据拷贝至destination所指向的地址，类似于strcpy的拷贝字符串。例如以下代码，使用这两个函数打印值相同，均为"3 4 3 4 5"（整型占用4字节，故8字节操作两个整型）。

int i = 0;
int arr1[] = {1,2,3,4,5};
int arr2[] = {3,4,5,6,7};
memcpy(arr1,arr2,8);  //或memmove(arr1,arr2,8); 
for(i = 0;i< 5;i++)
{
    printf("%d ",arr[i]);
}

但是，当拷贝内容与目的地内容重叠时，就会出现问题，如下

int arr[] = {1,2,3,4,5};
memcpy(arr1+1,arr1,8);
for(i = 0;i< 5;i++)
{
    printf("%d ",arr[i]);
}

这段代码的打印结果为"1 1 1 4 5",这是由于memcpy函数在拷贝时首先将'1'覆盖至'2'，此时数组变为"1 1 3 4 5"，然后memcpy将第二个'1'拷贝至'3'，导致数组变为"1 1 1 4 5"。若使用memmove来操作，则结果为"1 1 2 4 5"。

造成这种差异的原因是memcpy函数永远是按从低地址到高地址的顺序拷贝数据，而memmove则不同，若destination的地址高于source（即destination>source），则按按从高地址到低地址的顺序拷贝数据；若destination的地址低于source（即destination>source），则按按从低地址到高地址的顺序拷贝数据。

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结束语

以上就是我对一些常用的字符串函数和内存函数的理解了，部分函数的模拟实现源代码我上传到了我的gitee仓库（链接：https://gitee.com/q1479527934/warehouse-of-c.git），有需要的小伙伴可以看看哦。

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