C语言 字符串函数

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前言：字符串是一种重要的数据类型，但是C语言没有显式的字符串数据类型，字符串通过字符串常量或字符数组方式储存。C语言提供了许多与字符串相关函数，可以在头文件<string.h>中查看函数声明，本章将会自行编写相关字符串函数

一、字符串长度函数 strlen

功能：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’ )
库函数strlen函数声明：
size_t strlen(char const *string);
返回值 :无符号整形,返回字符串长度
string:字符串起始位置指针

模拟实现

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size_t my_strlen(const char* string) 
{
	assert(string); //检查是否为空指针
	size_t len = 0;
	while (*string++ != '\0') //首先将string解引用看是否等于'\0',并将string指向后面一个字符地址
	{
		len++; //字符串长度+1
	}
	return len;
}

警告：
由于strlen返回类型是size_t类型即一个无符号整数类型，无符号整数绝不可能为负。在表达式中使用无符号整数可能造成不可预料后果

例1

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#include <stdio.h>
#include <assert.h>

size_t my_strlen(const char* string)
{
	assert(string); //检查是否为空指针
	size_t len = 0;
	while (*string++ != '\0')
	{
		len++;
	}
	return len;
}

int main()
{
	char* c1 = "hello";
	char* c2 = "hello world";
	if (my_strlen(c1) - my_strlen(c2) >= 0) //返回无符号整数，恒大于等于0
	{
		printf("c1 > c2\n");
	}
	else
	{
		printf("c1 < c2\n");
	}
	
	return 0;
}

输出

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c1 > c2

二、不受限制的字符串函数

有些字符串函数是“不受限制的”，也就是说它们只是通过寻找字符串结束标志’\0’来判断字符串长度，在使用这些函数时，程序员必须保证字符串不会溢出所在内存

2.1 复制字符串函数 strcpy

功能：将源指向的字符串复制到目标指向的数组中，包括’\0’，并返回目标数组起始地址
库函数strlcpy函数声明：
char * strcpy ( char * destination, const char * source );
返回值：返回目标数组起始地址
destination:目标数组起始地址
source：源字符串起始地址

模拟实现

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char * my_strcpy ( char * destination, const char * source )
{
	/*
	将souce指向空间存放的字符复制到destination指向空间，并将source与destination指向后一个字符位置
	当souce解引用是'\0'时循环停止
	*/
	assert(destination && source);//destination 与 source不能是空指针
	char* des = destination;
	while ((*destination++ = *source++) != '\0') 
	{
		;
	}
	return des;
}

警告：
1. 如果source与destination指向空间在内存中出现重叠，结果是未定义的
2. 如果源字符串比目标数组长，多余的字符仍将复制，将会出现非法访问内存的问题

2.2 字符串连接函数 strcat

功能：
将源字符串的副本追加到目标字符串尾部。目标字符串中的’\0’被源字符串的第一个字符覆盖，并且在目标字符串中由这两个字符串联而成的新字符串的末尾添加’\0’
库函数strcat声明：
char * strcat ( char * destination, const char * source );
返回值：返回目标字符串起始地址
destination:目标字符串起始地址
source：要追加的字符串起始地址

模拟实现

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char * my_strcat ( char * destination, const char * source )
{
	assert(destination && source);//destination 与 source不能是空指针
	char* des = destination;//记录目标字符串起始地址
	while (*destination != '\0') //找到目标字符串'\0'位置
	{
		destination++;
	}
	while ( (*destination++ = *source++) != '\0') //开始追加复制
	{
		;
	}
	return des;
}

例1：将c2字符串追加到c1字符串中

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#include <stdio.h>
#include <assert.h>

char * my_strcat ( char * destination, const char * source )
{
	assert(destination && source);//destination 与 source不能是空指针
	char* des = destination;//记录目标字符串起始地址
	while (*destination != '\0') //找到目标字符串'\0'位置
	{
		destination++;
	}
	while ( (*destination++ = *source++) != '\0') //开始追加复制
	{
		;
	}
	return des;
}
int main()
{
	char c1[20] = "Hello";
	char c2[20] = "World";
	printf("%s\n",my_strcat(c1, c2));
	return 0;
}

输出

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HelloWorld

警告：
1. 如果source与destination指向空间在内存中出现重叠，结果是未定义的
2.程序员必须保证目标字符数组剩余空间能够保存整个源字符串

2.3 字符串比较函数strcmp

功能：
对两个字符串的每一个对应字符逐一比较，直到发现不相等为止。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。

库函数strcmp声明
int strcmp ( const char * str1, const char * str2 );
str1:第一个字符串起始地址
str2:第二个字符串起始地址

模拟实现

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int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);//str1 与 str2不能是空指针
	while (*str1 == *str2) //当str1与str2指向空间对应字符相等时循环继续
	{
		if (*str1 == '\0')//当str1解引用是'\0'时，两个字符串对应字符全部比较完毕，都是相等的
			return 0;
		str1++;
		str2++;
	}
	return *str1 - *str2; //返回str1与str2对应字符相差的ASCII值
}

警告：
1.初学者常常会写if(strcmp(str1,str2))表达式，以为两个字符串相等，它的结果将是真。但是，这个结果恰恰相反，因为两个字符串相等返回0
2.一个常见错误是以为第一个字符串大于第二个字符串返回1，小于则返回-1

三、长度受限制的字符串函数

标准库包含一些受限制的函数，这些函数接受一个显式的长度参数，用于限定进行复制或比较的字符数，防止难以预料的非法访问内存

3.1 复制字符串函数 strncpy

功能：将源字符串len个字符复制到目标字符串。如果strlen(source)小于len，destination用额外的’\0’填充到len长度。如果strlen(source)大于等于len，那么只有len个字符复制到destination中
库函数strncpy声明
char * strncpy ( char * destination, const char * source, size_t num )；
返回值：返回目标数组起始地址
destination:目标数组起始地址
source：源字符串起始地址
num:需要复制字符个数

模拟实现

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char* my_strncpy(char* destination, const char* source, size_t num)
{
	assert(destination && source);//destination 与 source不能是空指针
	char* des = destination;
	while (num) //需要复制字符个数
	{
		num--;
		if ((*destination++ = *source++) != '\0') //如果source解引用等于'\0',代表strlen(source)小于len，需要用NULL填充到len长度
			;
		else
			break;
	}
	while (num) //用'\0'填充到len长度
	{
		num--;
		*destination++ = '\0';
	}
	return des;
}

警告：
1. 如果source与destination指向空间在内存中出现重叠，结果是未定义的
2. 当strlen(source)大于等于len并且strlen(destination)<=len,destination将不会以’\0’结尾

3.2 字符串连接函数 strncat

功能：从字符串source的开头拷贝n 个字符到destination字符串尾部，并追加’\0’字符。destination要有足够的空间来容纳要拷贝的字符串。如果n大于字符串source的长度，那么仅将src指向的字符串内容追加到dest的尾部。字符追加完成后，再追加’\0’。
库函数strncat声明
char * strncat ( char * destination, const char * source, size_t num );
返回值：返回目标字符串起始地址
destination:目标字符串起始地址
source：要追加的字符串起始地址
num:要追加字符个数

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char* my_strncat(char* destination, const char* source, size_t num)
{

	assert(destination && source);//destination 与 source不能是空指针
	char* des = destination;
	while(*destination != '\0') //找到目标字符串'\0'位置
	{
		destination++;
	}
	while (num) //需要追加字符个数
	{
		num--;
		if ((*destination = *source) != '\0')
		{
			destination++;
			source++;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
	*destination = '\0';
	return des;
}

3.3 比较字符串函数 strncmp

功能：比较两个字符串，但最多比较len个字节。如果两个字符串前len个字符相等返回0，str1大于str2返回大于0值，str1小于str2返回小于0的值

库函数strncmp声明
int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t num );
str1:第一个字符串起始地址
str2:第二个字符串起始地址
num:比较len个字节（字符）

模拟实现

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int my_strncmp(const char* str1, const char* str2, size_t num)
{
	assert(str1 && str2);//str1 与 str2不能是空指针
	while (num--) //需要比较字符个数
	{
		if (*str1 == *str2) //如果对应位置字符相等，向后一个字符继续比较
		{
			str1++;
			str2++;
		}
		else
		{
			return *str1 - *str2; //返回str1与str2对应字符相差的ASCII值
		}
	}
	return 0; //前num个字符都相等返回相等
}

四、 字符串查找函数

4.1 查找一个子字符串函数 strstr

功能：
在str1查找整个str2第一次出现位置，并返回一个指向该位置的指针。如果str2没有完整地出现在str1的任何地方，函数返回NULL指针。如果str2是一个空字符串，函数返回str1指针
库函数声明
const char * strstr ( const char * str1, const char * str2 );
返回值：str1中查找整个str2第一次出现位置或NULL
str1:需要扫描的字符串
str2:需要查找字符串(子串)

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const char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{
	//找到str1中出现str2第一个字符的位置
	//判断相等
	assert(str1 && str2);//str1 与 str2不能是空指针
	const char* p1 = str1; 
	if (*str2 == '\0') //当str2是空字符串返回str1
		return p1;
	while(*p1 != '\0') //当p1是空字符串返回NULL，否则进入循环
	{
		const char* p2 = str2; //存放str2中需匹配的字符地址
		while (*p1 != *p2 && *p1 != '\0') //在str1中找到与str2第一个字符相同的字符地址，如果p1解引用等于'\0'，表示str1中没有与str2第一个字符相同的字符
		{
			p1++;
		}
		if (*p1 == NULL)
		{
			return NULL;
		}
		const char* tmp = p1; 
		while (*tmp == *p2 && *p2 != '\0') //检查是否与str2对应字符都相等
		{
			tmp++;
			p2++;
		}
		if (*p2 == '\0')
			return p1;
		p1++;
	} 
	return NULL;
}