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【C进阶】——详解10个C语言中常见的字符串操作函数及其模拟实现（一）

2023-05-26 157
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简介： 【C进阶】——详解10个C语言中常见的字符串操作函数及其模拟实现（一）

这篇文章给大家介绍一些C语言中处理字符串的 库函数 以及它们的使用和注意事项，一起来学习吧！！！

本篇文章介绍的函数需要包含的头文件都是#include


前言

C语言中对字符和字符串的处理很是频繁，但是C语言本身是没有字符串类型的，字符串通常放在 常量字符串 中或者 字符数组 中。

字符串常量 适用于那些对它不做修改的字符串函数.


1.求字符串长度——strlen

strlen是库函数，我们要知道库函数的参数和它的功能是C语言标准规定好的，那我们怎么看它的参数是什么呢？


之前的文章里给大家提到过一个查询库函数的网站（cplusplus.com）：

链接: link


那我们来看一下C语言标准规定strlen的参数和功能是怎么样的的：

a8fbcac7312a46779f8cd40a612667fc.png

1.1 使用及注意事项

相信这个函数大家以及比较熟悉了，但这里还是带大家一起来复习一下，并强调一些注意事项：


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’ )。


举个例子：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
  char arr[] = "abcdef";
  char arr2[] = { 'a','b','c','d','e','f','\0' };
  printf("%d\n", strlen(arr));
  printf("%d\n", strlen(arr2));
  return 0;
}

看下结果：

9c9761848c974abb8de22ef3356949b5.png

字符’\0’之前有6个字符，所以结果是6，相信大家都能明白。

参数指向的字符串必须要以 ‘\0’ 结束。

我们知道字符串的结束标志是’\0’，那如果一个字符串中没有’\0’，还能用strlen计算它的长度吗?

int main()
{
  char arr[] = { 'a','b','c','d','e','f' };
  char arr2[] = { 'a','b','f'};
  printf("%d\n", strlen(arr));
  printf("%d\n", strlen(arr2));
  return 0;
}

大家思考一下结果会是什么？

cfa4b9c820174e458c8cf6a6f9a6f6bf.png

19和31，为什么会是这个结果，是巧合吗？我们再运行一次：

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19和31，为什么会是这个结果，是巧合吗？我们再运行一次：

2e660ee09e6442c299e9c6a8dfcd8ed9.png

又一个不同的结果，为啥呢？


因为如果我们不加’\0’，去求一个没有结束标志的字符串，它的结果将会是一个随机值，为什么呢？

因为函数strlen 求的是字符串中’\0’之前的字符个数，但是上面的两个字符串（C语言没有字符串类型，我们放到了字符数组中）中没有’\0’，所以strlen函数就会一直向后寻找，直至遇到’\0’，但数组后面的内存空间放的是什么我们是不知道的，所以我们不知道什么时候会遇到’\0’，因此结果是一个随机值。


注意函数的返回值为size_t，是无符号的（ 易错 ）


大家可能不是太明白，我们来先看一段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
 const char*str1 = "abcdef";
 const char*str2 = "bbb";
 if(strlen(str2)-strlen(str1)>0)
 {
 printf("str2>str1\n");
 } 
 else
 {
 printf("srt1>str2\n");
 }
 return 0; }

大家思考一下结果是啥？

str1的长度为6，str2的长度为3，所以strlen(str2)-strlen(str1)的结果是-3，小于0，if判断为假，所以打印"srt1>str2"

如果你是这样想的那就错了！！！

我们来看一下结果是啥？

0816b6a7f4744327a241aad4092689af.png

结果是str2>str1，与我们想的不一样，原因就在于函数strlen的返回值为size_t。

解释：9cbcb051de9a46129a49c49cee12f328.png

不知道大家有没有注意到，库函数strlen的返回类型是size_t。

那什么是size_t呢？我们来看一下：

06ef7b3fe9e9400b894bb11642d4ab81.png

怎么看，在vs2022中输入一个size_t，鼠标右键转到定义或直接按F12即可查看：

7e172bfb20a149c698e5a65160f65f8a.png

我们看到，size_t其实就是unsigend int （无符号整型），因为typedef unsigned int size_t的意思其实就是把类型unsigned int 重命名为 size_t。

由于strlen的返回类型是size_t，所以strlen(str2)-strlen(str1)的结果就也是size_t了。

那么3-6=-3，我们知道内存中存的是补码：

a3a7eebec7f0425dba488f22013402cc.png

那如果11111111111111111111111111111101被当作一个无符号整型，转化为10进制将是一个非常大的正数，肯定大于0，所以结果才是str2>str1。


1.2 strlen的模拟实现

那我们现在已经知道了函数strlen的参数以及它的功能，我们是不是可以尝试去模拟实现一下strlen呢？

bb31c2bf839d4e12984b538884b88f13.png

这里我们介绍三种方法去模拟实现strlen：

  1. 计数器方式

怎么实现呢？

把字符串的首字符地址传给函数，用指针接收，用该指针遍历字符串，如果指针指向的内容不是’\0’，计数器++，指针继续向后移动，直至遇到’\0’停止，返回计数器的值。

size_t my_strlen(const char* str) 
{
  int count = 0;
  while (*str)
  {
    count++;
    str++;
  }
  return count;
}

看一下能不能达到效果：

070ce5becec6410ab71e0a67e925ae51.png

  1. 递归实现

怎么递归呢？

我们对传过来的首字符地址直接解引用，如果是’\0’，那就返回0。

如果不是’\0’，那说明至少有一个有效字符，让指针+1，返回1+my_strlen(str+1)，直至遇到’\0’，开始回归得出结果。

size_t my_strlen(const char* str) 
{
  if (*str == '\0')
    return 0;
  else
    return 1 + my_strlen(str + 1);
}

也能得到正确结果：3143976073174ff5a4324c4fccc64478.png

  1. 指针-指针

在指针的学习中我们已经知道，指针-指针得到的是两个指针之间的元素个数，那我们让一个指针指向首字符，另一个指针指向’\0’，后者减前者，得到的元素个数不就是字符串长度吗？

size_t my_strlen(char* s) 
{
  char* p = s;
  while (*p != '\0')
    p++;
  return p - s;
}

这样依然可行：

e158d9c17dfa448da304133d2db6f6e2.png

2.字符串拷贝——strcpy

先来认识一下它吧：

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2.1 使用及注意事项

源字符串必须以 ‘\0’ 结束

我们知道字符串的结束标志是’\0’，也就是说，strcpy在拷贝源字符串时，遇到’\0’才会停止拷贝，而跟字符串的长度无关，只要不遇到’\0’，就一直往后继续拷贝，那如果我们的源字符串中没有’\0’，会出现什么后果呢？

int main()
{
  char arr1[20] = { 0 };
  char arr2[] = {'a','b','c'};
  strcpy(arr1, arr2);
  return 0;
}

将arr2中的字符串拷贝到arr1中，但是arr2中的字符串并没有’\0’，会出现什么样的结果呢？

062958b0fa3a47bb906c68cf512026a1.png

我们调试可以发现，这样是会发生错误的，因为在字符’a’、‘b’、‘c’的后面并没有放’\0’，所以strcpy会一直向后拷贝，我们不知道什么时候才会遇到’\0’停止下来，而且arr1我们申请的空间也是有限的，也不能无限的向里面放东西，所以这样就有可能造成越界，而且在’a’、‘b’、'c’后面会拷贝什么内容我们也不知道，这是不可行的。

因此，源字符串必须以 ‘\0’ 结束。


会将源字符串中的 ‘\0’ 拷贝到目标空间

strcpy在拷贝的时候会将源字符串的’\0’也拷贝到目标空间


我们来验证一下：

int main()
{
  char arr1[20] = "*****************";
  char arr2[] = "abc";
  strcpy(arr1, arr2);
  printf("%s", arr1);
  return 0;
}

8d1de1ad54124224ac309e070f58fc05.png

  1. 目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串

既然我们要把源字符串拷贝放到目标空间，那一定要确保目标空间足够大，能够放得下源字符串，如果目标空间大小不够，肯定也会出现问题的。

int main()
{
  char arr1[] = "abc";
  char arr2[] = "xxxxxx";
  strcpy(arr1, arr2);
  printf("%s", arr1);
  return 0;
}

04c90367ae054272804eda77e875441e.png

  1. 目标空间必须可变

什么意思呢，就是目标空间放的内容必须是可修改的，因为我们要把源字符串的内容拷贝放进目标空间中（相当于修改了目标空间的内容），如果目标空间不可变，那肯定是不行的。

比如：

int main()
{
  char* p = "hello world";
  char arr[] = "abc";
  strcpy(p, arr);
  return 0;
}

f0ba18632e8b435b883839ca7b1d8a48.png

2.2 strcpy的模拟实现

接下来我们来模拟实现一下strcpy，直接上代码：

char* my_strcpy(char* dest, const char* src)
{
  assert(dest && src);
  char* ret = dest;
  while (*dest++ = *src++)
  {
    ;
  }
  return ret;
}

解释一下：

338f04a62fe442038ea6a3d09fd60ce4.png

看一下效果：

e5cd838a15624ec8bf22c030728d2530.png

3.字符串追加函数——strcat

一起来认识一下：

845e10c3d5db477d8f7f5e849a476e8e.png

6c178570e448484588a326c9da2e10a7.png

其实就是在一个字符串的后面追加上另外一个字符串。追加的字符串从目标字符串（即被追加的字符串）的结束标志’\0’处开始追加（会覆盖目标字符串的’\0’），追加至’\0’停止。

演示一下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
  char arr1[20] = "hello ";
  char arr2[] = "world";
  strcat(arr1, arr2);
  printf("%s\n", arr1);
  return 0;
}

看看效果：

4ed6b2f648a84dbcb75f8a304b7cc5d7.png

3.1使用及注意事项

  1. 源字符串必须以 ‘\0’ 结束。

因为追加的时候还是遇到’\0’停止，如果源字符串中没有’\0’，就会一直继续向后追加，而后面的空间是不属于我们的，里面放的是什么东西也是未知的，这样肯定会出现问题的。

0f0da0cb88214657bdf6fa150cce2582.png

目标空间必须有足够的大，能容纳下源字符串的内容。

32738968d3ab4065affbfc4d64573e54.png

  1. 目标空间必须可修改

跟strcpy一样，要操作的目标空间必须是可变的，因为追加字符串相当于对目标空间做出了修改，所以目标空间必须是可变的，不能是字符串常量。

bbea755f685d40bab8ad1e463aa81184.png

3.2 strcat的模拟实现

现在我们已经知道了strcat的参数和工作原理，那我们就来模拟实现一下它：


怎么搞呢？

我们知道strcat在追加字符串时是从目标字符串的结束标志’\0’处开始追加的（会覆盖掉目标字符串的’\0’），直至遇到’\0’追加结束，当然源字符串的’\0’也会追加上去。


那我们先用一个指针找到目标字符串的’\0’，然后的操作是不是就跟strcpy一样了啊，把源字符串的内容拷贝到目标字符串的’\0’之后不就行了嘛。


实现一下：

char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
  assert(dest && src);
  //1.找到目标字符串的'\0'
  char* p = dest;
  while (*p != '\0')
  {
    p++;
  }
  //2.将源字符串拷贝到目标空间的'\0'之后
  while (*p++ = *src++)
  {
    ;
  }
  return dest;
}

看看效果：

b7960d796587491eb12ae06bb5970719.png

3.3思考

现在我们已经了解了这个函数了，那我们来思考一个问题，使用strcat可不可以实现 字符串自己给自己追加？


这样是不可行的！！！

为啥尼？

因为如果是字符串自己给自己追加，那么目标字符串和源字符串就是同一个字符串了，我们已经知道strcat在进行追加时是会将目标字符串的’\0’覆盖掉的，因为它是从’\0’处开始向后追加，那这样一来，源字符串中就没有’\0’，遇不到’\0’的话指针就会一直向后走，这样肯定会出现问题的。

所以这样的操作是不行的。

060a5cb75fe249c0ba0662020ca2f4f1.png

那有没有什么方法可以实现字符串自己给自己追加呢？

方法是有的，别着急，我们在后面给大家解答！

4.字符串比较函数——strcmp

先来认识一下：

b69298bdb4034710bb7634022511ac44.png

4.1使用及注意事项

注意strcmp在比较字符串的时候不是比较两个字符串的长度，而是比较它们对应位置的字符，一个一个的比较，如果相等就比较下一个，不相等的时候，看两个字符谁大谁小（ASCII码值），返回对应的值。

下面我们来练习一下它的使用：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
  char arr[] = "abx";
  char arr2[] = "abcfg";
  printf("%d", strcmp(arr, arr2));
  return 0;
}

arr和arr1进行比较，前两个字符ab都相同，第三对字符arr的’x’大于arr1的’c’，所以arr大于arr1，返回1。

看看结果是不是：

00d67cdda8a64be28ce47ed66f689b6e.png

4.2strcmp 的模拟实现

思路就很明白了，我们就一对一对的比较就行了。

如果两个字符串是一样的，那就一直往后比，直到遇到’\0’停止，返回0。

不一样的话，还是先一直往后比，比到不相同的那一对字符，判断它们的大小关系，返回对应值就行了。

我们来实现一下：

int my_strcmp(const char* s1, const char* s2)
{
  assert(s1 && s2);
  while (*s1 == *s2)
  {
    if (*s1 == '\0')
      return 0;
    s1++;
    s2++;
  }
  if (*s1 > *s2)
    return 1;
  else
    return -1;
}

看看效果：

3b8f28c4ecac4aef9845796b90bbbe3f.png

当然这里我们实现的和strcmp一样，返回的是1，0，-1。

但其实不一定非得是1，-1，因为标准规定只要是大于0，小于0的数字就行了，所以我们还可以简化一下，直接返回*s1 - *s2，这样得到的是它们的ASCII码的差值，也符合要求。

int my_strcmp(const char* s1, const char* s2)
{
  assert(s1 && s2);
  while (*s1 == *s2)
  {
    if (*s1 == '\0')
      return 0;
    s1++;
    s2++;
  }
  return *s1 - *s2;
}

5.小结

学到这里，我们来回顾一下刚才学的几个函数，strcpy、strcat、strcmp，我们会发现，这几个操作字符串的函数跟字符串的长度的是没有关系的，关键在于’\0’：

strcpy拷贝完’\0’就停止拷贝

strcat追加完’\0’就停止追加

strcmp比较完’\0’就停止比较

我们把它叫做长度不受限制的字符串操作函数。


那接下来，我们再来学习一组字符串操作函数，大家对比一下，和上面这几个有什么区别！


文章标签：
C语言
关键词：
C语言函数
C语言字符串
C语言字符串操作
C语言字符串操作函数
C语言操作函数
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