常用字符函数和字符串函数的了解和模拟实现

前言

字符函数和字符串函数都是在编程中用来处理字符和字符串的函数。

字符函数是用来处理单个字符的函数，比如查找、替换、转换大小写、比较等操作。常用的字符函数包括：

isalpha()：判断一个字符是否为字母；
isdigit()：判断一个字符是否为数字；
islower()：判断一个字符是否为小写字母；
isspace()：判断一个字符是否为空格符；
toupper()：将一个字符转换为大写字母；
tolower()：将一个字符转换为小写字母；
strchr()：在一个字符串中查找指定字符的位置；
strstr()：在一个字符串中查找指定字符串的位置。

字符串函数是用来处理整个字符串的函数，比如查找、替换、连接、分割等操作。常用的字符串函数包括：

strlen()：返回一个字符串的长度；
strcpy()：将一个字符串复制到另一个字符串中；
strcat()：将一个字符串连接到另一个字符串的末尾；
strcmp()：比较两个字符串是否相等；
strchr()：在一个字符串中查找指定字符的位置；
strstr()：在一个字符串中查找指定字符串的位置；
strtok()：将一个字符串分割为多个子字符串。

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，也就是一个字符是属于什么类型的字符的。

这些函数的使用都需要包含一个头文件是 ctype.h

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
`isspace`	空白字符：空格 `''` ，换页：`'\f'` , 换行：`' \n '`,制表符：`'\t'` 或垂直制表符: `' \v '`
`isdigit`	数字字符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 或者 A ~ Z
`isalnum`	字母或者数字 0 ~ 9 , a ~ z, A ~ Z
`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`	任何图形字符
`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：

int islower ( int c );

islower 是能够判断参数部分的 c 是否是小写字母。通过返回值来说明是否是小写字母，如果是小写字母就返回非0的整数，如果不是小写字母，则返回0。

练习：

写一个代码，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;
    putchar(c);
    i++;
  }
  return 0;
}

2. 字符转换函数

C语言提供了2个字符转换函数：

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

上面的代码，我们将小写转大写，是通过-32完成的效果，有了转换函数，就可以直接使用tolower 函数。

#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);
    putchar(c);
    i++;
  }
  return 0;
}

3. strlen的使用和模拟实现

size_t strlen ( const char * str );

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）
strlen的使用需要包含头文件
学会strlen函数的模拟实现

#include <stdio.h>
#include <string.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;
}

strlen的模拟实现：

方式1：

//计数器方式
int my_strlen(const char * str)
{
  int count = 0;
  assert(str);
  while(*str)
  {
  count++;
  str++;
  }
  return count;
}

方式2：

//不能创建临时变量计数器
int my_strlen(const char * str)
{
  assert(str);
  if(*str == '\0')
    return 0;
  else
    return 1+my_strlen(str+1);
}

//指针-指针的方式
int my_strlen(char *s)
{
  assert(str);
  char *p = s;
  while(*p != ‘\0’ )
    p++;
  return p-s;
}

4. strcpy的使用和模拟实现

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

Copies the C string pointed by source into the array pointed by destination, including the
terminating null character (and stopping at that point).
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。
目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串。
目标空间必须可修改。
学会模拟实现。

strcpy的模拟实现:

//1.参数顺序
//2.函数的功能，停止条件
//3.assert
//4.const修饰指针
//5.函数返回值
//6.题目出自《高质量C/C++编程》书籍最后的试题部分
char *my_strcpy(char *dest, const char*src)
{
  char *ret = dest;
  assert(dest != NULL);
  assert(src != NULL);
  while((*dest++ = *src++))
  {
    ;
  }
  return ret;
}

5. strcat的使用和模拟实现

Appends a copy of the source string to the destination string. The，terminating null character in destination is overwritten by the first character of，source,and a null-character is included at the end of the new string formed by the concatenation of both in destination.
源字符串必须以 '\0' 结束。
目标字符串中也得有 \0 ，否则没办法知道追加从哪里开始。
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。
字符串自己给自己追加，会出现怎么样的情况

模拟实现strcat函数：

char *my_strcat(char *dest, const char*src)
{
  char *ret = dest;
  assert(dest != NULL);
  assert(src != NULL);
  while(*dest)
  {
    dest++;
  }
  while((*dest++ = *src++))
  {
    ;
  }
  return ret;
}

6. strcmp的使用和模拟实现

This function starts comparing the first character of each string. If they are equal to each other,it continues with the following pairs until the characters differ or until a terminating
null-character is reached.
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?
那么如何判断两个字符串？比较两个字符串中对应位置上字符ASCII码值的大小。

strcmp函数的模拟实现：

int my_strcmp (const char * str1, const char * str2)
{
  int ret = 0 ;
  assert(str1 != NULL);
  assert(str2 != NULL);
  while(*str1 == *str2)
  {
    if(*str1 == '\0')
      return 0;
    str1++;
  str2++;
  }
  return *str1-*str2;
}

7. strncpy函数的使用

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

Copies the first num characters of source to destination. If the end of the source C string
(which is signaled by a null-character) is found before num characters have been copied,
destination is padded with zeros until a total of num characters have been written to it.
拷贝num个字符从源字符串到目标空间。
如果源字符串的长度小于num，则拷贝完源字符串之后，在目标的后边追加0，直到num个。

8. strncat函数的使用

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

Appends the first num characters of source to destination, plus a terminating null-character.
（将 source 指向字符串的前 num 个字符追加到 destination 指向的字符串末尾，再追加一个 \0 字符）。
If the length of the C string in source is less than num,only the content up to the terminating null-character is copied.（如果source指向的字符串的长度小于num的时候，只会将字符串中到\0 的内容追加到destination指向的字符串末尾）。

/* strncat example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  char str1[20];
  char str2[20];
  strcpy (str1,"To be ");
  strcpy (str2,"or not to be");
  strncat (str1, str2, 6);
  printf("%s\n", str1);
  return 0;
}

9. strncmp函数的使用

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

比较str1和str2的前num个字符，如果相等就继续往后比较，最多比较num个字母，如果提前发现不一样，就提前结束，大的字符所在的字符串大于另外一个。如果num个字符都相等，就是相等返回0.

10. strstr的使用和模拟实现

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

Returns a pointer to the first occurrence of str2 in str1,or a null pointer if str2 is not part of str1.

（函数返回字符串str2在字符串str1中第一次出现的位置）。

The matching process does not include the terminating null-characters, but it stops there.（字符串的比较匹配不包含 \0 字符，以 \0 作为结束标志）。

/* strstr example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  char str[] ="This is a simple string";
  char * pch;
  pch = strstr (str,"simple");
  strncpy (pch,"sample",6);
  printf("%s\n", str);
  return 0;
}

strstr的模拟实现：

char * strstr (const char * str1, const char * str2)
{
  char *cp = (char *) str1;
  char *s1, *s2;
  if ( !*str2 )
    return((char *)str1);
  while (*cp)
  {
    s1 = cp;
    s2 = (char *) str2;
    while ( *s1 && *s2 && !(*s1-*s2) )
      s1++, s2++;
    if (!*s2)
      return(cp);
    cp++;
  }
  return(NULL);
}

11. strtok函数的使用

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

sep参数指向一个字符串，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。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
  char arr[] = "192.168.6.111";
  char* sep = ".";
  char* str = NULL;
  for (str = strtok(arr, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep))
  {
    printf("%s\n", str);
  }
  return 0;
}

12. strerror函数的使用

char * strerror ( int errnum );

strerror函数可以把参数部分错误码对应的错误信息的字符串地址返回来。

在不同的系统和C语言标准库的实现中都规定了一些错误码，一般是放在 errno.h 这个头文件中说明的，C语言程序启动的时候就会使用一个全面的变量errno来记录程序的当前错误码，只不过程序启动的时候errno是0，表示没有错误，当我们在使用标准库中的函数的时候发生了某种错误，就会讲对应的错误码，存放在errno中，而一个错误码的数字是整数很难理解是什么意思，所以每一个错误码都是有对应的错误信息的。strerror函数就可以将错误对应的错误信息字符串的地址返回。

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
//我们打印一下0~10这些错误码对应的信息
int main()
{
  int i = 0;
  for (i = 0; i <= 10; i++) {
    printf("%s\n", strerror(i));
  }
  return 0;
}

在Windows11+VS2022环境下输出的结果如下：

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

举例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main ()
{
FILE * pFile;
pFile = fopen ("unexist.ent","r");
if (pFile == NULL)
printf ("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));
return 0;
}

输出：

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

也可以了解一下perror函数，perror函数相当于一次将上述代码中的printf ("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));完成了，直接将错误信息打印出来。perror函数打印完参数部分的字符串后，再打印一个冒号和一个空格，再打印错误信息。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main ()
{
  FILE * pFile;
  pFile = fopen ("unexist.ent","r");
  if (pFile == NULL)
    perror("Error opening file unexist.ent");
  return 0;
}

输出：

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

C语言从入门到实战——常用字符函数和字符串函数的了解和模拟实现