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不可忽视的字符函数与字符串函数：它们如何改变你的编程世界

2023-12-02 72
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简介： 不可忽视的字符函数与字符串函数：它们如何改变你的编程世界


🎈一、前言

在编程中，字符函数和字符串函数是非常重要的工具。它们可以用于处理字符串、操作字符和执行各种操作，如转换大小写、替换字符、查找子字符串等等。掌握这些函数可以帮助我们编写更高效、更易于维护的代码。

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。

🎈二、字符函数

📌1. 字符分类函数：

函数 如果他的参数符合下列条件就返回真
iscntrl 任何控制字符（根据标准 ASCII 字符集，控制字符的 ASCII 编码介于 0x00 (NUL) 和 0x1f (US) 之间，以及 0x7f (DEL)，某些平台的特定编译器实现还可以在扩展字符集（0x7f 以上）中定义额外的控制字符。）
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
isxdigit 十六进制数字，包括所有十进制数字，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 a~z 或 A~Z
isalnum 字母或者数字，a~z , A~Z , 0~9
ispunct 标点符号，任何不属于数字或者字母的图形字符（可打印）
isgraph 任何有图形法表示的字符（带有图形表示法的字符是除了空白字符（比如 ’ '）以外的所有可打印的字符）
isprint 任何可打印字符，包括图形字符和空白字符



ps： 以上字符分类函数的头文件都是 <ctype.h>，且它们满足条件时返回的值都是 非0 的真值，不满足条件是返回的值都是 0。

📌2. 字符转换：

【函数原型】：

int tolower ( int c );//转换成小写字母
int toupper ( int c );//转换成大写字母

【案例】：

// example
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main()
{
    int i = 0, j = 0;
    char str[] = "Test String.\n";
    char c;
    while (str[i])
    {
        c = str[i];
        if (isupper(c))
            c = tolower(c);//将大写字母转换成小写字母
        putchar(c);
        i++;
    }
    while (str[j])
    {
        c = str[j];
        if (islower(c))
            c = toupper(c);//将小写字母转换成大写字母
        putchar(c);
        j++;
    }
    return 0;
}

🎈三、长度不受限制的字符串函数（头文件都是 <string.h>）

功能 函数
求字符串长度 strlen
长度不受限制的字符串函数 strcpy、strcat、strcmp
长度受限制的字符串函数介绍 strncpy、strncat、strncmp
字符串查找 strstr、strtok
错误信息报告 strerror

📌1. strlen函数

声明：

size_t strlen(const char *str);

参数：

  • str - - - 要计算长度的字符串。

返回值：

  • 该函数返回字符串的长度。
  • 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' )。
  • 参数指向的字符串必须要以 '\0' 结束。
  • 注意函数的返回值为size_t，是无符号的（ 易错 ）

【易错题】：

#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;
}

此代码的输出结果是 str2>str1，因为 strlen 的返回值类型是 size_t --> unsigned int ，使用本以为3-6的结果为-3，但是-3被看成是一个无符号整型，则表示一个非常大的数。

🔎strlen 的模拟实现

【计数实现】

//计数实现
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
size_t my_strlen(const char* str)
{
  //下面对str进行了解引用操作，为了确保指针能够正常解引用，需要断言防止str为空指针
  assert(str); 
  size_t count = 0;
  while (*str++ != '\0')
  {
    count++;
  }
  return count;
}
int main()
{
  char arr[] = "abcedf";
  printf("字符串长度为：%zd\n", my_strlen(arr)); //结果是 6
  return 0;
}

【递归实现】

//递归实现
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
size_t my_strlen(const char* str)
{
  assert(str);
  if (*str++)
  {
    return 1 + my_strlen(str);
  }
  else
  {
    return 0;
  }
}
int main()
{
  char arr[] = "abcdef";
  printf("字符串长度为：%zd\n", my_strlen(arr));//结果是 6
  return 0;
}

【指针运算实现】

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
size_t my_strlen(char* str)
{
  assert(str);
  char* tmp = str;
  while (*str)
  {
    str++;
  }
  return str - tmp; //指针 - 指针返回的是这两个指针之间的元素个数
}
int main()
{
  char arr[] = "abcedf";
  printf("字符串长度为：%zd\n", my_strlen(arr));//结果是 6
  return 0;
}

📌2. stcpy函数

声明：

char* strcpy(char * dest, const char * src );

参数

  • dest - - - 指向用于存储复制内容的目标数组。
  • src - - - 要复制的字符串。

返回值

  • 该函数返回一个指向最终的目标字符串 dest 的指针。

【易错点】：

  • C 库函数 char *strcpy(char *dest, const char *src) 把 src 所指向的字符串复制到 dest。需要注意的是如果目标数组 dest 不够大，而源字符串的长度又太长，可能会造成缓冲溢出的情况。
  • 源字符串必须以 '\0' 结束。否者，strcpy 无法判断在拷贝字符串时该拷贝到什么位置结束。
  • strcpy 会将源字符串中的 '\0' 拷贝到目标空间。
  • 目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串。
  • 目标空间必须可变。

🔎strcpy 的模拟实现

//strcpy模拟实现
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
char* my_strcpy(char* dest,const char* src)
{
  assert(dest && src); //后面需要解引用指针，指针不能为空
  char* ret = dest; //记录目标字符串的地址
  while (*dest++ = *src++) // 当将'\0'拷贝到字符串中时，循环结束
  {
    ;
  }
  return ret;
}
int main()
{
  char arr1[20] = { 0 };
  char arr2[] = "abcdef";
  printf("%s\n", my_strcpy(arr1, arr2)); //结果是 abcdef
  return 0;
}

📌3. strcat 函数

声明：

char * strcat ( char * dest, const char * src );

参数

  • dest - - - 指向目标数组，该数组包含了一个 C 字符串，且足够容纳追加后的字符串。
  • src - - - 指向要追加的字符串，该字符串不会覆盖目标字符串。

返回值

  • 该函数返回一个指向最终的目标字符串 dest 的指针。

【注意事项】：

  • C 库函数 char *strcat(char *dest, const char *src) 把 src 所指向的字符串追加到 dest 所指向的字符串的结尾（包括 '\0' ）。
  • 源字符串必须以 '\0' 结束。
  • 目标空间必须有足够的大，能容纳下源字符串的内容。
  • 目标空间必须可修改。
  • 不能实现自己给自己追加字符串的操作，会导致死循环。（原因是在追加时会破坏自己字符串里的内容，找不到追加结束标志 ‘\0’）

🔎strcat 的模拟实现

//strcat函数，返回的是目标空间的起始地址
char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
  char* ret = dest;
  assert(dest && src);
  //1. 找到目标空间的末尾
  while (*dest != '\0')
  {
    dest++;
  }
  //2. 数据追加
  while (*dest++ = *src++) //追加到 '\0'跳出循环
  {
    ;
  }
  return ret;
}
int main()
{
  char arr1[20] = "abc";
  char arr2[] = "def";
  my_strcat(arr1, arr2);
  printf("%s\n", arr1); //结果是 abcdef
  return 0;
}

📌4. strcmp 函数

声明：

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

参数

  • str1 - - - 要进行比较的第一个字符串。
  • str2 - - - 要进行比较的第二个字符串。

返回值

该函数返回值如下：

  • 如果返回值 小于 0，则表示 str1 小于 str2。
  • 如果返回值 大于 0，则表示 str1 大于 str2。
  • 如果返回值 等于 0，则表示 str1 等于 str2。

【注意事项】：

  • C 库函数 int strcmp(const char *str1, const char *str2) 把 str1 所指向的字符串和 str2 所指向的字符串进行比较。
  • 标准规定：
    第一个字符串 大于 第二个字符串，则返回 大于0 的数字
    第一个字符串 等于 第二个字符串，则返回 0
    第一个字符串 小于 第二个字符串，则返回 小于0 的数字

🔎strcmp 的模拟实现

// strcmp 的模拟实现
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
  assert(str1 && str2);
  while (*str1 == *str2)
  {
    if (*str1 == '\0') //两个字符相等且等于'\0'时，说明两个字符串相等
      return 0;
    str1++;
    str2++;
  }
  return *str1 - *str2; //此时两个字符不相等，*str1 > *str2返回大于0的数，*str1 < *str2，返回小于0的数
}
int main()
{
  char arr1[] = "abq";
  char arr2[] = "abc";
  if (my_strcmp(arr1, arr2) > 0)
  {
    printf(">\n");
  }
  else
  {
    printf("<=\n");
  }
  return 0;
} // 结果是 >

🎈四、长度受限制的字符串函数（strncpy、strncat、strncmp）

头文件<string.h>

📌1. strncpy 函数

声明

char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);

参数

  • dest - - - 指向用于存储复制内容的目标数组。
  • src - - - 要复制的字符串。
  • n - - - 要从源中复制的字符数。

返回值

  • 该函数返回最终复制的字符串。

【注意事项】：

  • C 库函数 char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n) 把 src 所指向的字符串复制到 dest，最多复制 n 个字符。当 src 的长度小于 n 时，dest 的剩余部分将用空字节填充。
  • 拷贝n个字符从源字符串到目标空间。
  • 如果源字符串的长度小于n，则拷贝完源字符串之后，在目标的后边追加0，直到n个。

【实例】：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
   char src[40];
   char dest[12];
   memset(dest, '\0', sizeof(dest));
   strcpy(src, "This is runoob.com");
   strncpy(dest, src, 10);
   printf("最终的目标字符串： %s\n", dest);
   return(0);
}

📌2. strncat 函数

声明

char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);

参数

  • dest - - - 指向目标数组，该数组包含了一个 C 字符串，且足够容纳追加后的字符串，包括额外的空字符。
  • src - - - 要追加的字符串。
  • n- - - 要追加的最大字符数。

返回值

  • 该函数返回一个指向最终的目标字符串 dest 的指针。

【注意事项】：

  • C 库函数 char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n) 把 src 所指向的字符串追加到 dest 所指向的字符串的结尾，直到 n 字符长度为止。

【实例】：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
   char src[50], dest[50];
   strcpy(src,  "This is source");
   strcpy(dest, "This is destination");
   strncat(dest, src, 15);
   printf("最终的目标字符串： |%s|\n", dest);  //结果是 |This is destinationThis is source|
   return(0);
}

📌3. strncmp 函数

声明

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

参数

  • str1 - - - 要进行比较的第一个字符串。
  • str2 - - - 要进行比较的第二个字符串。
  • n - - - 要比较的最大字符数。

返回值

该函数返回值如下：

  • 如果返回值 < 0，则表示 str1 小于 str2。
  • 如果返回值 > 0，则表示 str1 大于 str2。
  • 如果返回值 = 0，则表示 str1 等于 str2。

【注意事项】：

  • strncmp() 是一个标准库函数，用于比较两个字符串的 前 n 个字符 是否相等。
  • strncmp() 函数通常用于比较两个字符串，以确定它们是否相等或哪个字符串在字典顺序上更小。
  • C 库函数 int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t n) 把 str1 和 str2 进行比较，最多比较前 n 个字符

【实例】：

/* strncmp example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char str[][5] = { "R2D2" , "C3PO" , "R2A6" };
    int n;
    puts("Looking for R2 astromech droids...");
    for (n = 0; n < 3; n++)
        if (strncmp(str[n], "R2xx", 2) == 0)
        {
            printf("found %s\n", str[n]);
        }
    return 0;
}

🎈五、特殊字符串函数

头文件<string.h>

📌1. strstr 函数

声明

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

参数

  • str1 - - - 要被检索的 C 字符串。
  • str2 - - - 在 haystack 字符串内要搜索的小字符串。

返回值

  • 该函数返回在 str1 中第一次出现 str2 字符串的位置，如果未找到则返回 null。

【注意事项】：

  • C 库函数 char *strstr(const char *str1, const char *str2) 在字符串 str1 中查找第一次出现字符串 str2 的位置，不包含终止符 '\0'。

🔎strstr 的模拟实现

//strstr 的模拟实现
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
//BF字符串模式匹配算法
const char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{
  const char* cp;//记录开始匹配的位置
  const char* s1;//遍历str1指向的字符串，为了不修改str1
  const char* s2;//遍历str2指向的字符串，为了不修改str2
  assert(str1 && str2);
  if (*str2 == '\0')
    return str1;
  cp = str1; //cp指向str1的起始位置
  while (*cp) //str1不是空字符串，若是空字符串，则没有必要匹配
  {
    s1 = cp; //回溯,s1从cp的位置开始匹配
    s2 = str2;//回溯，从子串的起始位置开始
    while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2) //*s1或*s2指向'\0'时，就没有字符匹配了，跳出循环
    {
      s1++;
      s2++;
    }
    if (*s2 == '\0') //如果*s2到了字符串末尾，则匹配成功
      return cp;
    cp++; //从主串下一个位置开始匹配
  }
  return NULL;
}
int main()
{
  char arr1[] = "abbbcdef";
  char arr2[] = "bbc";
  const char* ret = my_strstr(arr1, arr2);
  if (ret == NULL)
  {
    printf("找不到\n");
  }
  else
  {
    printf("%s\n", ret);
  }
  return 0;
}

📌2. strtok 函数

声明

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

参数

  • str - - - 要被分解成一组小字符串的字符串。
  • sep - - - 包含分隔符的 C 字符串。

返回值

  • 该函数返回被分解的第一个子字符串，如果没有可检索的字符串，则返回一个空指针。

【注意事项】：

  • C 库函数 char *strtok(char *str, const char *sep) 分解字符串 str 为一组字符串，sep 为分隔符。
  • sep参数是个字符串，定义了用作分隔符的 字符集合
  • 第一个参数指定一个字符串，它包含了 0 个或者多个由 sep 字符串中一个或者多个分隔符分割的标
    记。
  • strtok 函数找到 str 中的下一个标记，并将其用 '\0' 结尾，返回一个指向这个标记的指针。（注：strtok 函数会改变被操作的字符串，所以在使用 strtok 函数切分的字符串一般都是临时拷贝的内容并且可修改。）
  • strtok 函数的第一个参数不为 NULL ，函数将找到 str 中第一个标记，strtok 函数将保存它在字符串中的位置。
  • strtok 函数的第一个参数为 NULL ，函数将在同一个字符串中被保存的位置开始，查找下一个标记。
  • 如果字符串中不存在更多的标记，则返回 NULL 指针。

【实例】：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main() 
{
  char str[80] = "This is - www.runoob.com - website";
  char bufer[100];
  strcpy(bufer, str);
  const char s[2] = "-";
  char* token;
  // 获取第一个子字符串 
  token = strtok(bufer, s);
  // 继续获取其他的子字符串 
  while (token != NULL)
  {
    printf("%s\n", token);
    token = strtok(NULL, s);
  }
  return(0);
}

📌3. strerror 函数

声明

char *strerror(int errnum);

参数

  • errnum - - - 错误号，通常是 errno。

返回值

  • 该函数返回一个 指向错误字符串的指针 ，该错误字符串描述了错误 errnum。

【拓展】：

  • C 语言不提供对错误处理的直接支持，但是作为一种系统编程语言，它以返回值的形式允许您访问底层数据。在发生错误时，大多数的 C 或 UNIX 函数调用返回 1 或 NULL，同时会设置一个错误代码 errno，该错误代码是全局变量，表示在函数调用期间发生了错误。我们可以在 errno.h 头文件中找到各种各样的错误代码。
  • 所以，C 程序员可以通过检查返回值，然后根据返回值决定采取哪种适当的动作。开发人员应该在程序初始化时，把 errno 设置为 0，这是一种良好的编程习惯。0 值表示程序中没有错误。

以下是C语言中 0~9 的错误码对应的错误信息：

【注意事项】：

  • C 库函数 char *strerror(int errnum) 从内部数组中搜索错误号 errnum，并返回一个指向错误消息字符串的指针（这个字符串是对应的错误信息）。strerror 生成的错误字符串取决于 开发平台和编译器。

【实例】：

//打开文件的例子
//fopen 以读的形式打开文件
// 如果文件存在，打开成功
// 如果文件不存在，打开失败
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h> //必须包含的头文件
int main()
{
    FILE* fp;
    fp = fopen("file.txt", "r");
    if (fp == NULL)
    {
        //C语言使用库函数时，如果发生错误，就会将相应的错误码放在errno这个全局变量中
        printf("Error: %s\n", strerror(errno)); 
        //errno: Last error number
    }
    return 0;
}

📌3.perror 函数 （printf + strerror）

声明

void perror(const char *str);

参数

  • str - - - 这是 C 字符串，包含了一个自定义消息，将显示在原本的错误消息之前。

返回值

  • 该函数不返回任何值。

【注意事项】：

  • C 库函数 void perror(const char *str) 把一个描述性错误消息输出到标准错误 stderr。首先输出字符串 str，后跟一个冒号，然后是一个空格。
  • 可以把 perror 函数的功能理解为 printf + strerror

【实例】：

//打开文件的例子
//fopen 以读的形式打开文件
// 如果文件存在，打开成功
// 如果文件不存在，打开失败
#include <stdio.h>
int main()
{
    FILE* fp;
    // 首先重命名文件 
    rename("file.txt", "newfile.txt");
    // 现在让我们尝试打开相同的文件 
    fp = fopen("file.txt", "r");
    if (fp == NULL) 
    {
        perror("Error: ");
        return -1; //return 非0，表示异常退出
    }
    fclose(fp); //关闭文件
    return 0; //表示正常退出
}

今天的内容到此就结束了，其中有很多细节的知识点需要大家细细品味，祝大家在成为大佬的路上越走越远，成为一名优秀的程序猿 😎

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