【C语言教程】【常用类库】（二）字符串处理库

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2. 字符串处理库 - `<string.h>`

2.1. 基础函数

2.1.1. `strlen` 和 `sizeof` 区别

strlen 和 sizeof 经常被新手混淆，虽然它们看似都能获取长度，但本质上是不同的。

strlen：用于获取字符串的实际长度，不包括终止符 \0。该函数从字符串起始位置计数，直到遇到 \0。

作用：计算字符串中的字符数。

用法：

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

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("Length of string: %zu\n", strlen(str)); // 输出：5
    return 0;
}

sizeof：返回对象所占的内存字节数，包括数组长度（如果是数组）或数据类型大小。

作用：获取内存占用，不限定于字符串。

用法：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("Size of array: %zu\n", sizeof(str)); // 输出：6，因为包括了末尾的 '\0'
    return 0;
}

2.1.2. `strcpy` 和 `strncpy`

这两者用于字符串复制，但在处理时有不同的安全考虑。

strcpy：复制字符串直到遇到 \0，不进行边界检查，这可能导致缓冲区溢出。

用法：

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

int main() {
    char src[] = "Hello, World!";
    char dst[20];
    strcpy(dst, src);
    printf("Destination: %s\n", dst);
    return 0;
}

strncpy：复制最多指定数量的字符，适用于边界需要控制的场合，尤其在需要防止溢出时。

用法：

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

int main() {
    char src[] = "Hello, World!";
    char dst[10];
    strncpy(dst, src, sizeof(dst) - 1);
    dst[9] = '\0'; // 用 '\0' 结束字符串，因为 strncpy 不保证 null-terminated
    printf("Destination: %s\n", dst);
    return 0;
}

2.1.3. `strcat` 和 `strncat`

strcat：在目标字符串的结尾追加源字符串，要求目标字符串有足够的空间。

用法：

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

int main() {
    char str1[20] = "Hello";
    char str2[] = ", World!";
    strcat(str1, str2);
    printf("Result: %s\n", str1);
    return 0;
}

strncat：追加最多指定数量的字符，适用于避免缓冲区溢出。

用法：

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

int main() {
    char str1[15] = "Hello";
    char str2[] = ", World!";
    strncat(str1, str2, sizeof(str1) - strlen(str1) - 1);
    printf("Result: %s\n", str1);
    return 0;
}

2.1.4. `strcmp` 和 `strncmp`

strcmp：逐字符比较两个字符串，如果相等返回 0，否则返回差值。

用法：

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

int main() {
    char str1[] = "Hello";
    char str2[] = "World";
    int result = strcmp(str1, str2);
    printf("Comparison: %d\n", result); // 负值，因为 'H' < 'W'
    return 0;
}

strncmp：逐字符比较指定数量的字符，增加了长度控制。

用法：

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

int main() {
    char str1[] = "Hello";
    char str2[] = "Hello, World!";
    int result = strncmp(str1, str2, 5); // 比较前5个字符
    printf("Comparison: %d\n", result); // 0，因为相等
    return 0;
}

2.2. 高级函数

2.2.1. `strstr` 的使用

strstr 用于在一个字符串内查找子串的首次出现。

用法：

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

int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    char *substr = strstr(str, "World");
    if (substr) {
        printf("Found substring: %s\n", substr);
    } else {
        printf("Substring not found\n");
    }
    return 0;
}

2.2.2. `strtok` 的解析

strtok 用于分割字符串，不过注意它的破坏性操作。

用法：

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

int main() {
    char str[] = "Hello, World! Welcome to C programming.";
    char *token = strtok(str, " ");
    while (token != NULL) {
        printf("Token: %s\n", token);
        token = strtok(NULL, " ");
    }
    return 0;
}

2.2.3. `strspn` 和 `strcspn`

strspn 和 strcspn 用于测量字符串的子串结构。

strspn：返回字符串中连续出现在另一个字符串中的字符数量。

用法：

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

int main() {
    char str[] = "123abc456";
    char keys[] = "1234567890";
    size_t len = strspn(str, keys);
    printf("Initial segment length: %zu\n", len); // 输出：3
    return 0;
}

strcspn：返回字符串中不在另一个字符串中出现的字符数量。

用法：

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

int main() {
    char str[] = "123abc456";
    char keys[] = "abc";
    size_t len = strcspn(str, keys);
    printf("Initial segment length: %zu\n", len); // 输出：3
    return 0;
}

2.3. 内存操作

2.3.1. `memcpy` 和 `memmove`

memcpy：拷贝内存区域，源和目标区域不能重叠。

用法：

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

int main() {
    char src[50] = "Hello, World!";
    char dest[50];
    memcpy(dest, src, strlen(src) + 1);
    printf("Destination: %s\n", dest);
    return 0;
}

memmove：适合重叠区域的内存拷贝。

用法：

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

int main() {
    char str[] = "memmove can be very useful......";
    memmove(str + 20, str + 15, 15);
    printf("%s\n", str); // 输出：memmove can be very very useful
    return 0;
}

2.3.2. `memset`

memset 用于初始化内存块。

用法：

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

int main() {
    char buffer[50];
    memset(buffer, '#', sizeof(buffer)-1);
    buffer[49] = '\0';
    printf("Buffer: %s\n", buffer);
    return 0;
}

2.3.3. `memcmp` 的比较

memcmp 用于原始内存块的比较。

用法：

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

int main() {
    char mem1[] = "abc";
    char mem2[] = "abc";
    int result = memcmp(mem1, mem2, sizeof(mem1));

    if (result == 0) {
        printf("Memory blocks are equal.\n");
    } else {
        printf("Memory blocks are different.\n");
    }
    return 0;
}