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。

#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);
}

方式3：

//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。

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 );

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