【C语言系列】字符函数和字符串函数

一、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一个头文件是：<ctype.h>。

函数	如果它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’，回车’\r’，制表符’\t’或者垂直制表符’\v’
isdigit	十进制数字’0’~'9’字符
isxdigit	十六进制数字，包括所有十进制数字字符，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，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	任何图形字符
isprint	任何可打印字符，包括图形字符和空白字符

上面的函数使用方法非常类似，所以下面我们讲解一个函数，其他函数与其相似，就能很快的理解了。
例子：int islower(int D);

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main()
{
int ret = islower('A');//判断参数部分是否为小写字母，是返回非0，否则返回0
printf("%d\n",ret);//0
return 0;
}

用过上述代码我们了解到了islower函数的用法，那么我们也就了解了上表的函数，是非常类似的。
下面我们做一个练习：
写一个代码，将字符串中的小写字母转大写，其他字符不变。
代码如下：

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main()
{
char arr[] = "I Am a Student";
int i = 0;
while(arr[i] != '\0')
{
//if(arr[i] >= 'a' && arr[i] <= 'z')
if(islower(arr[i]))
{
arr[i] -= 32;//arr[i] = toupper(arr[i]);
}
i++;
}
printf("%s\n",arr);
return 0;
}

二、字符转换函数

C语言提供了2个字符转换函数：

//头文件是<ctype.h>
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

上面的代码是通过-32来转换的，接下来我们用函数toupper来实现小写字母转大写字母，这样看起来更简单了。

#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;
}

三、strlen的使用和模拟实现

要理解strlen的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

size_t strlen ( const char * str );

注：字符串以’\0’作为结束的标志。

3.1strlen函数

1.strlen函数求的是字符串的长度，统计的是字符串中\0之前的字符的个数，字符串中必须有\0。
2.函数返回类型为size_t，是无符号的。
3.strlen函数的使用必须包含头文件 <string.h>。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
if(strlen("abc") - strlen("abcdef") > 0)//3-6，由于是无符号运算，所以结果会溢出变成一个非常大的正数。
{
printf(">\n");//执行
}
else
{
printf("<=\n");//不执行
}
return 0;
}

由于是无符号运算，结果会溢出变成一个非常大的正数，导致条件成立。

3.2strlen函数模拟实现

下面我们来进行strlen函数的模拟实现：
模拟实现：①计数器的方法②指针-指针③递归的方法
①计数器的方法

#include <assert.h>
int my_strlen(const char*str)
{
int count = 0;
assert(str);
while(*str)
{
count++;
str++;
}
return count;
}

②指针-指针的方法

#include <assert.h>
int my_strlen(char*s)
{
assert(str);
char*p = s;
while(*p != '\0')p++;
return p - s;
}

③递归的方法

#include <assert.h>
//不创建临时变量计数器
int my_strlen(const char*str)
{
assert(str);
if(*str == '\0')return 0;
elsereturn 1 + my_strlen(str + 1);
}

四、strcpy的使用和模拟实现

要理解strcpy的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

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

该函数的作用是：对字符串的拷贝。

4.1strcpy函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
1.源字符串必须以’\0’结束。
2.会将原字符串中的’\0’拷贝到目标空间。
3.目标空间足够大。
4.目标空间可修改(常量字符串是不可被修改的！！！)。
下面我们看看它的使用举例：

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

4.2strcpy函数的模拟实现

下面我们来进行strcpy函数的模拟实现：
代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
char* my_strcpy(char*dest,const char*src)
{
assert(src != NULL);
assert(dest != NULL);
char*ret = dest;
//拷贝\0前面的内容
while(*dest++ = *src++)
{;
}
return ret;
}
int main()
{
char arr1[] = "hello sun";
char arr2[20] = "xxxxxxxxxxxxxxx";
my_strcpy(arr2,arr1);
printf("%s\n",arr2);
return 0;
}

运行结果如下图：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
char* my_strcpy(char*dest,const char*src)
{
assert(src != NULL);
assert(dest != NULL);
char*ret = dest;
//拷贝\0前面的内容
while(*dest++ = *src++)
{;
}
return ret;
}
int main()
{
char arr1[] = "abcdef";
char arr2[20] = {0};
//arr2 = arr1;//不行的，为什么呢？因为数组名是地址，就是一个常量的值。
strcpy(arr2,arr1);
printf("%s\n",arr2);
return 0;
}

五、strcat的使用和模拟实现

要理解strcat的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

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

5.1strcat函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
1.源字符串必须以’\0’结束。
2.目标字符串中也得有’\0’。
3.目标空间必须足够大，能容纳源字符串。
4.目标空间必须可修改（常量字符串是不可被修改的！！！）。
strcat函数是用来连接字符串的。
下面我们看看它的使用举例：

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

5.2strcat函数的模拟实现

下面我们来进行strcat函数的模拟实现：
代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
char*my_strcat(char*dest,const char*src)
{
assert(dest&&src);
char*ret = dest;
//1、找到目标空间的\0
while(*dest!='\0')dest++;
//2、拷贝
while(*dest++ = *src++);//空语句
return ret;
}
int main()
{
char arr1[20] = "hello";//hello world
char arr2[] = "world";
char*s = my_strcat(arr1,arr2);
printf("%s\n",arr1);
printf("%s\n",s);
//printf("%s\n",my_strcat(arr1,arr2));
return 0;
}

运行结果如下图：

六、strcmp的使用和模拟实现

要理解strcmp的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

int strcmp( const char *string1, const char *string2 );

6.1strcmp函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
strcmp:比较两个字符串的内容。
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。
下面我们看看它的使用举例：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
char arr1[] = "abcdef";
char arr2[] = "abq";
int ret = strcmp(arr1,arr2);
printf("%d\n",ret);//-1
return 0;
}

运行结果如下图：

6.2strcmp函数的模拟实现

下面我们来进行strcmp函数的模拟实现：
代码如下：

#include <assert.h>
int my_strcmp(const char*str,const char*str2)
{
assert(str1&&str2);
while(*str1 == *str2)
{
if(*str1 =='\0')return 0;
str1++;
str2++;
}
return *str1 - *str2;
}

注：

七、strncpy函数的使用

要理解strncpy的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

char *strncpy( char *strDest, const char *strSource, size_t count );

7.1strncpy函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
源字符串长度大于count，追加完之后就不再后加\0;如果源字符串长度大于count,在拷贝完源字符串后，后面追加\0，直到count个。

7.2strncpy函数的使用

strncpy函数的使用示例如下：

#include <string.h>
int main()
{
char arr1[] = "abcdef";
char arr2[20] = "xxxxxxxxxxx";
strncpy(arr2,arr1,3);
printf("%s\n",arr2);
return 0;
}

八、strncat函数的使用

要理解strncat的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

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

8.1strncat函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
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。
如果num大于destination,则添加完abcdef\0后就不再追加；
如果num小于destination,则添加num个后再追加一个\0。

8.2strncat函数的使用

strncat函数的使用示例如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char arr1[] = "abcdef";
char arr2[20] = "xx";
strncat(arr2,arr1,8);
printf("%s\n",arr2);
return 0;
}

运行结果如下图：

九、strncmp函数的使用

要理解strncmp的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

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

9.1strncmp函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
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。

9.2strncmp函数的使用

strncmp函数的使用示例如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char arr1[] = "abcdef";
char arr2[] = "abqdefghi";
int ret = strncmp(arr1,arr2,6);
printf("%d\n",ret);//-1
return 0;
}

运行结果如下图：

十、strstr的使用和模拟实现

要理解strstr的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下：

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

10.1strstr函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
strstr:在一个字符串中查找另一个字符串，函数返回字符串str2在str1中第一次出现的位置。
下面我们看看它的使用举例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{char arr1[] = "this is an apple\n";//const char* p = "Appl";char arr2[] = "is";char* ret = strstr(arr1, arr2);if (ret != NULL){printf("%s\n", ret);}else{printf("找不到\n");}return 0;
}

运行结果如下图：

10.2strstr函数的模拟实现

下面我们来进行strstr函数的模拟实现：
代码如下：

char*my_strstr(const char*str1,const char*str2)
{
const char*s1 = NULL;
const char*s2 = NULL;
const char*cur = str1;
if(*str2 == '\0')return(char*)str1;
while(*cur)
{
s1 = cur;
s2 = str2;
while(*s1 != '\0'&& *s2 != '\0'&& *s1 ==*s2)
{
s1++;
s2++;
}
if(*s2 == '\0')
{
return (char*)cur;
}
cur++;
}
return NULL;
}

十一、strtok函数的使用

要理解strtok的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下:

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

11.1strtok函数

注：使用该函数必须包含头文件<string.h>
1.sep函数指向一个字符串，定义了用作分隔符的字符集合。
2.第一个参数是指定一个字符串，它包含了0个或多个由sep字符串中一个或多个分隔符分割的标记。
3.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函数会改变操作的字符串，所以被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。）
4.strtok函数的第一个参数不为NULL，函数将找出str中第一个标记，strtok函数将保存它在字符串中的位置。
5.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。

11.2strtok函数的使用

下面我们来进行strstr函数的模拟实现：
代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char arr[] = "sgenglei@yeah.net";
char arr2[30] = {0};//"sgenglei\0yeah\0net"
strcpy(arr2,arr);
const char*sep = "@.";
char*ret = NULL;
//ret = strtok(arr2,sep);
//printf("%s\n",ret);//sgenglei
//ret = strtok(NULL,sep);
//printf("%s\n",ret);//yeah
//ret = strtok(NULL,sep);
//printf("%s\n",ret);//net
for(ret = strtok(arr2,sep);ret!=NULL;ret = strtok(NULL,sep))
{
printf("%s\n",ret);
}
return 0;
}

运行结果如下图：

十二、strerror函数的使用

要理解strerror的使用和模拟实现首先要看看其函数原型，函数原型如下:

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。

#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
//我们打印一下0~10这些错误码对应信息
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图：

举例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
//fopen以读的形式打开文件的时候，如果文件不存在，就打开失败。
FILE*pf = fopen("test.txt","r");
if(pf == NULL)
{
printf("%s\n",strerror(errno));
perror("zhangsan");//zhangsan:_(+)错误信息
return 1;
}
//读文件
//关闭文件
fclose(pf);
return 0;
}

perror有能力直接打印错误信息的，打印的时候，先打印传给perror的字符串，然后打印冒号，再打印空格，最后打印错误码对应的错误信息。
perror == printf + strerror。

‘0’ —— 字符0 —— ASCII码值是48
NULL —— 空指针 —— 0
‘\0’ —— 字符 —— ASCII码值是0
" " —— 空字符串

十三、总结

这篇文章详细介绍了 C 语言中关于字符处理和字符串操作的一些常用函数。文章主要分为字符分类函数、字符转换函数、字符串操作函数以及它们的模拟实现，帮助读者深入理解并掌握这些函数的使用方法。

首先，文章介绍了 C 语言中常用的字符分类函数，如 islower、isdigit、isspace 等，这些函数通常用于判断字符是否属于某一类（如数字、小写字母、空白字符等）。这些函数都包含在 <ctype.h> 头文件中，使用方法简洁且直观。例如，islower 用来判断一个字符是否为小写字母，isdigit 判断字符是否为数字，isalnum 判断字符是否为字母或数字。文章通过示例代码展示了如何使用这些函数，例如将字符串中的小写字母转换为大写字母。

接下来，文章介绍了两个常用的字符转换函数：tolower 和 toupper。这两个函数分别用于将字符转换为小写字母或大写字母。文章通过简单的代码示例，展示了如何使用这些函数实现小写字母转大写字母的功能。

在字符串操作方面，文章详细讲解了 strlen、strcpy、strcat、strcmp 等常用函数的使用方法及其模拟实现。strlen 用于获取字符串的长度，文章提醒我们注意字符串结尾的 \0，并展示了模拟实现 strlen 函数的三种方法，包括计数器法、指针法和递归法。strcpy 和 strcat 分别用于字符串拷贝和连接，strcmp 用于比较两个字符串的大小，strncpy 和 strncat 则是它们的带长度限制版本，防止内存溢出。

此外，文章还介绍了 strstr 和 strtok 函数，分别用于在字符串中查找子字符串和按分隔符拆分字符串。这些函数的使用对于处理字符串的复杂操作非常有帮助。

最后，文章讲解了 strerror 函数，它能够根据错误码返回对应的错误信息，并展示了如何结合 perror 来输出更详细的错误信息。

总体来说，本文通过丰富的代码示例和详细的解释，帮助读者掌握了 C 语言中常见的字符串处理函数及其实际应用，增强了理解和编写字符串操作代码的能力。这些基础知识对于学习和使用 C 语言进行开发具有重要意义。