【C语言】字符串和内存函数介绍及模拟实现

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• 1. C语言字符库函数
• • 1.1 字符串长度计算函数——strlen
  • • 介绍
    • 模拟实现
  • 1.2 字符串拷贝函数——strcpy，strncpy
  • • 介绍
    • 模拟实现
  • 1.3 字符串拼接函数——strcat，strncat
  • • 介绍
    • 模拟实现
  • 1.4 字符串比较函数——strcmp，strncmp
  • • 介绍
    • 模拟实现
  • 1.5 字符串查找函数——strstr
  • • 介绍
    • 模拟实现
  • 1.6 切割字符串函数strtok
  • 1.7 了解strerror
• 2. C语言内存库函数
• • 2.1 内存拷贝函数——memcpy
  • • 介绍
    • 模拟实现
  • 2.2 内存移动函数——memmove
  • • 介绍
    • 模拟实现
  • 2.3 内存比较函数——memcmp
  • • 介绍
    • 模拟实现

1. C语言字符库函数 1.1 字符串长度计算函数——strlen 介绍

size_t strlen( const char *string );

字符串已 ‘’ 作为结束标志，strlen函数返回的是在字符串中 ‘’ 前面出现的字符个数（不包含 ‘’ )。
注意：

1. 传入的字符串一定要包含，不然可能会出现结果错误。
2. 返回值为size_t，为无符号整型。

针对第2点的一个易错题：

int main()
{
	const char* str1 = "wjhwef";
	const char* str2 = "abc";
	if (strlen(str2) - strlen(str1) > 0)
	{
		printf("str2>str1n");
	}
	else
	{
		printf("srt1>str2n");
	}
	return 0;
}

大家可能会这么想，strlen(str2) = 3 , strlen(str1) = 6，strlen(str2) - strlen(str1) = -3 < 0，程序输出str1 > str2，那我们来看看究竟是不是这样！
运行结果：

str2>str1

C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-06-字符串函数x64Debug7-06-字符串函数.exe (进程 20212)已退出，代码为 0。
按任意键关闭此窗口. . .

结果不对，程序输出的结果是str2>str1，这是因为函数strlen返回的类型是无符号整型，两个无符号整型进行加减运算还是无符号整型，而无符号整型的范围是大于0的，所以程序会输出str2>str1。

模拟实现

这个函数模拟很简单，根据为结束标志，计算字符个数即可。

这里有三种实现方式：

1. 计数实现
2. 递归实现
3. 指针 - 指针实现

//计数实现
size_t my_strlen1(const char* string)
{
	size_t count = 0;
	while (*string++ != '')
	{
		count++;
	}
	return count;
}
//递归实现
size_t my_strlen2(const char* string)
{
	if (*string == '')
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		return 1 + my_strlen2(string + 1);
	}
}
//指针-指针实现
size_t my_strlen3(const char* string)
{
	char* tmp = string;
	while (*tmp != '')
	{
		tmp++;
	}
	return tmp - string;
}
int main()
{
	char arr[] = "abcdefghijk";

	printf("%un", my_strlen1(arr));
	printf("%un", my_strlen2(arr));
	printf("%un", my_strlen3(arr));
}
//打印结果:11

1.2 字符串拷贝函数——strcpy，strncpy 介绍

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

这两个函数都能实现字符串的拷贝，只不过strncpy多了一个参数count，用来控制拷贝字符串的个数，count是多少字符串就拷贝多少，当然如果超过了源字符串的个数就会在源字符串拷贝完后直接补0直到数量为count个。
这两个函数都有两个字符指针，前者是是拷贝存放的地方（目标字符串），后者是需要被拷贝的字符串（源字符串）。
注意：

1. 源字符串必须含有。
2. 源字符串中的会被拷贝到目标字符串。
3. 目标字符串空间要够大或可变。

int main()
{
	char str1[] = "Hello World!";
	char str2[100] = { 0 };
	char str3[100] = { 0 };
	strcpy(str2, str1);
	strncpy(str3, str1, 5);
	printf("%sn", str2);
	printf("%sn", str3);
	return 0;
}

Hello World!
Hello

C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-3-字符串函数x64Debug7-3-字符串函数.exe (进程 14244)已退出，代码为 0。
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模拟实现

strcpy模拟实现思路：
利用结束标志，对源字符串遍历，遍历一个就拷贝一个到目标字符串，直到遇到，结束遍历，拷贝完成！
strncpy模拟实现思路：
如果count的值不大于源字符串的字符个数（包括），则和strcpy拷贝思路是一样的，但是count大于源字符串个数，源字符串中字符拷贝完后，还得在目标字符串补0。

char* my_strcpy(char* des, const char* str)
{
	assert(des && str);
	char* ret = des;
	while (*des++ = *str++)
	{
		;
	}
	return ret;
}
char* my_strncpy(char* des, const char* str, size_t n)
{
	assert(des && str);
	char* ret = des;
	while(n--)
	{
        //源字符串未到结尾
		if (*str)
		{
			*des++ = *str++;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
	*des = '';
	return ret;
}

测试一下：

int main()
{
	char str1[] = "Hello World!";
	char str2[100] = { 0 };
	char str3[100] = { 0 };
	my_strcpy(str2, str1);
	my_strncpy(str3, str1, 5);
	printf("%sn", str2);
	printf("%sn", str3);
	return 0;
}
Hello World!
Hello

C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-3-字符串函数x64Debug7-3-字符串函数.exe (进程 18356)已退出，代码为 0。
按任意键关闭此窗口. . .

1.3 字符串拼接函数——strcat，strncat 介绍

char *strcat( char *strDestination, const char *strSource );
char *strncat( char *strDest, const char *strSource, size_t count );

这两个函数的区别和上面说到的strcpy与strncpy区别是一样的！后者多了个参数count，用来控制拼接字符个数。这里同样有两个字符指针参数，前者是目标字符串，后者源字符串，作用就是将源字符串拼接到目标字符串后面（从目标字符串的位置开始拼接）。
注意：

1. 目标字符串和源字符串都必须含有。
2. 目标空间必须足够大或可变。
3. 对于strncat函数，如果参数count大于源字符串个数，只拼接到源字符串的。

int main()
{
	char str1[100] = "Hello ";
	char str2[100] = "Hello ";
	char str3[] = "World!";
	strcat(str1, str3);
	strncat(str2, str3, 4);
	printf("%sn", str1);
	printf("%sn", str2);
	return 0;
}

Hello World!
Hello Worl

模拟实现

strcat模拟实现思路：
先遍历目标字符串至，然后从开始将源字符串内容复制到目标字符串！
strncat模拟实现思路：
同样，先需要遍历到目标字符串处，从此处开始拷贝源字符串中前n个
字符（最多拷贝整个源字符串，包含）。

char* my_strcat(char* des, const char* str)
{
	assert(des && str);
	char* ret = des;
	//1.找到des最后一个字符
	while (*des)
	{
		des++;
	}

	//2.将str中字符串拷贝至des末尾
	while (*des++ = *str++)
	{
		;
	}
	return ret;
}
char* my_strncat(char* des, const char* str, size_t n)
{
	assert(des && str);
	char* ret = des;
	//1.find end
	while (*des)
	{
		des++;
	}
	//2.add
	size_t i = 0;
	for (i = 0; i < n && *str; i++)
	{
		*des++ = *str++;
	}
	*des = '';
	return ret;
}

1.4 字符串比较函数——strcmp，strncmp 介绍

int strcmp( const char *string1, const char *string2 );
int strncmp( const char *string1, const char *string2, size_t count );

这两个函数都能比较字符串大小，原理是对应比较每个字符的ASCII码大小，如果相同则比较下一个，不同则比较两个字符的ASCII码，如果string1大于string2返回正值，string1小于string2返回负值，如果两个字符串每个字符都相等则字符串相等。
strncmp相比于strcmp就是控制了比较字符数量多少，count是多少就比较多少个字符，比较字符个数不超过两字符串个数（含）较少者。
注意：

1. 第一个字符串大于第二个字符串，则返回大于0的数字。
2. 第一个字符串等于第二个字符串，则返回0。
3. 第一个字符串小于第二个字符串，则返回小于0的数字。
4. 比较字符串大小不能直接使用==，需要使用该库函数。

模拟实现

strcmp模拟实现思路：
分别从两个字符串第一个字符开始同时遍历两个字符串中的字符，如果字符相等就比较下一个，中间如果存在两字符不相等，结束遍历。最终结果返回两者ASCII码差值（前者减后者）。
strncmp模拟实现思路：
相比于strcmp的模拟实现，该函数多了个比较字符个数n，比较的思路是一样的，但是需要控制字符比较字符的个数，n为几就在第几个字符处返回两者ASCII码差值（前者减后者），如果n比两个字符串长度较小者大（含）其实和strcmp实现是一样的。

int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
	assert(str1 && str2);

	while (*str1 == *str2)
	{
        //str1 和 str2 都到结尾
        if(*str1 == '')
        {
            return 0;
        }
		str1++;
		str2++;
	}

	return (*str1 - *str2);
}
int my_strncmp(const char* str1, const char* str2, size_t n)
{
	assert(*str1 && *str2);

	while (--n)
	{
		if (*str1 != *str2)
			break;
		if (*str1 == '' || *str2 == '')
			break;
		str1++;
		str2++;
	}
	return (*str1 - *str2);
}

1.5 字符串查找函数——strstr 介绍

char *strstr( const char *string, const char *strCharSet );

这个函数能够实现字符串的查找，如果字符串strCharSet在string出现，则返回string中第一次出现该字符串的首地址，否则返回NULL。

模拟实现

strstr模拟实现思路：
要在字符串str1中找到str2字符串，首先得在str1中找到与str2首字符相同的字符，找到这个字符之后，就是对str2后面的字符进行逐个比较，如果在后续逐个比较过程中出现了不同的字符，这时候就需要str1返回到之前刚开始对字符比较的地方的下一位置，str2需要返回到首字符，然后重复执行该操作。当然如果在后续逐个比较过程中，str2指向的字符为这就代表在str1中找到了str2这个字符串，这时候就可以返回str2首字符对应于str1所在的地址。还有一种情况后续遍历过程中str1指向的字符为，这就表示在str1中找不到str2这个字符串，直接返回NULL即可。

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

1.6 切割字符串函数strtok

char *strtok( char *strToken, const char *strDelimit );

strtok函数可以对字符串进行切分。字符串str 是被切分对象，字符串 strDelimit中包含分隔符号。

1. strToken就是我们要去拆分的字符串，注意，我们会对该字符串进行更改，所以一般我们会拷贝一份然后去分割拷贝的那份字符串！
2. strDelimit 就是我们定义的切分的符号，假如想要用空格作为分割符，我们就可以定义 char strDelimit [NUM]=" " 请注意里面放了一个空格！
   此处NUM可以自己定义大小，这里的delimiters 可以有多种分割方式。
3. strtok函数的第一个参数不为 NULL ，函数将找到strToken中第一个标记，strtok函数将会有一个设置保存他修改了的下一个位置的地址，如“wo he ni”，其中若用空格作为分隔符就会将空格处换成 "n"，返回w的位置，并且函数内部保存h的位置。
4. 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（即上面所说的位置h）开始，查找下一个标记。
5. 如果字符串中不存在更多的标记，则返回 NULL 指针。

int main()
{
	char a[] = "Yang tong xue yao zao qi";
	char sep[] = " ";
	char cp[100] = { 0 };
	strcpy(cp, a);
	char* ret = NULL;
	for (ret = strtok(cp, sep);
		ret != NULL;
		ret = strtok(NULL, sep))
	{
		printf("%sn", ret);
	}
	return 0;
}

结果：

Yang
tong
xue
yao
zao
qi

C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-06-字符串函数x64Debug7-06-字符串函数.exe (进程 18952)已退出，代码为 0。
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1.7 了解strerror

char *strerror( int errnum );

strerror函数从内部数组中搜索错误号 errnum，并返回一个指向错误消息字符串的指针。strerror生成的错误字符串取决于开发平台和编译器。

#include 
#include 
#include //必须包含的头文件
int main()
{
	FILE* pFile;
	pFile = fopen("unexist.txt", "r");
	if (pFile == NULL)
		printf("Error opening file unexist.txt: %sn", strerror(errno));
	//errno: Last error number
	return 0;
}

运行结果：

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

2. C语言内存库函数 2.1 内存拷贝函数——memcpy 介绍

void *memcpy( void *dest, const void *src, size_t count );

该函数与字符串拷贝函数strncpy非常的相似，唯一的区别就是strncpy只能拷贝字符串，memcpy函数能够拷贝任何数据类型，它进行的是内存的拷贝，是将源内存src储存的内容拷贝到目标内存dest中。

模拟实现

memcpy模拟实现思路：
将传入的两个指针参数强制转换为char*类型进行拷贝操作，操作过程与strncpy是一模一样的。要注意的是，memcpy函数在C标准中并没有要求能够实现含重复地址的拷贝，因为如果出现含重复的地址，拷贝过程中可能会将需要的数据被覆盖的情况，如果需要完成该任务，需要靠memmove函数实现，下面的内容会介绍该函数。

void* my_memcpy(void* des, const void* src, size_t n)
{
	assert(des && src);
	void* ret = des;
	while (n--)
	{
		*(char*)des = *(char*)src;
		des = (char*)des + 1;
		src = (char*)src + 1;
	}
	return ret;
}
#include 
#include 
int main()
{
	int arr1[] = { 1,2 ,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int arr2[10] = { 0 };

	int arr3[] = { 1,2 ,3,4,5,6,7,8,9 ,10 };
	int arr4[10] = { 0 };
	int i = 0;
    //处理
	memcpy(arr2, arr1, 20);
	my_memcpy(arr4, arr3, 20);
    //打印
	printf("memcpy:");
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr2[i]);
	}
	printf("n");
	printf("my_memcpy:");
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr4[i]);
	}
	return 0;
}

运行结果：

memcpy:1 2 3 4 5 0 0 0 0 0
my_memcpy:1 2 3 4 5 0 0 0 0 0
C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-06-字符串函数x64Debug7-06-字符串函数.exe (进程 21992)已退出，代码为 0。
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2.2 内存移动函数——memmove 介绍

void *memmove( void *dest, const void *src, size_t count );

memmove函数相比于memcpy函数能够很好的实现重复地址拷贝，因为该函数考虑了在含有重复地址情况下，可用数据被覆盖的问题，并针对此问题作出了解决方案。

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	memmove(arr1 + 2, arr1, 20);//拷贝五个int
	int size = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
	for (int i = 0; i < size; i++)
	{
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	return 0;
}

运行结果：

1 2 1 2 3 4 5 8 9 10
C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-06-字符串函数x64Debug7-06-字符串函数.exe (进程 16944)已退出，代码为 0。
按任意键关闭此窗口. . .

模拟实现

在介绍该函数模拟实现之前我们来看看使用前面模拟的my_memcpy函数来运行上面测试memmove函数：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 
#include 
int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	my_memcpy(arr1 + 2, arr1, 20);
    
	int size = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
	for (i = 0; i < size; i++)
	{
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	return 0;
}

运行结果：

1 2 1 2 1 2 1 8 9 10
D:gteeC-learning-code-and-projectimitate str and memDebugimitate str and mem.exe (进程 18272)已退出，代码为 0。
按任意键关闭此窗口. . .
我们想要实现的目标：
1 2 1 2 3 4 5 8 9 10

我们发现数据3 4 5 这三个数据被1 2 1 覆盖了，因为该函数的任务并不需要实现重复地址数据的拷贝，当然有部分编译器下memcpy函数能实现该任务，但是并不是所有编译器下的memcpy函数都能完成该任务。
通过这个例子，我们发现要实现memmove函数，就需要在memcpy的基础上解决数据覆盖的情况。
memmove函数模拟实现：
根据目的地与发源地的相对位置，采取不同的拷贝方案！

void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t count)
{
	assert(dest && src);
	void* ret = dest;

	//目标起始地址小于源字符串地址
	//源字符串后面的内容不会被覆盖
	if (dest < src)
	{
	
		while (count--)
		{
			*(char*)dest = *(char*)src;
			dest = (char*)dest + 1;
			src = (char*)src + 1;
		}

	}
	//目标起始地址大于源字符串地址
	//从后往前拷贝
	else
	{
		for (int i = count-1; i >= 0; --i)
		{
			*((char*)dest + i) = *((char*)src + i);
		}
	}
	return ret;

}

同一个测试案例：

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int size = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
	memmove(arr1 + 2, arr1, 20);//拷贝五个int
	printf("memove:   ");
	for (int i = 0; i < size; i++)
	{
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	printf("n");
	int arr2[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	my_memmove(arr2 + 2, arr2, 20);//拷贝五个int
	printf("my_memove:");
	for (int i = 0; i < size; i++)
	{
		printf("%d ", arr2[i]);
	}
}

运行结果：

memove:   1 2 1 2 3 4 5 8 9 10
my_memove:1 2 1 2 3 4 5 8 9 10
C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-06-字符串函数x64Debug7-06-字符串函数.exe (进程 16944)已退出，代码为 0。
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2.3 内存比较函数——memcmp 介绍

int memcmp( const void *buf1, const void *buf2, size_t count );

memcmp函数和strncmp也非常相似，前者能比较所有的数据类型，通过内存中每个字节每个字节地比较，后者只能比较字符串。

int main()
{
	int arr1[] = { 1, 3, 4, 6 ,9 };
	int arr2[] = { 1, 3, 9, 8 ,0 };
	int ret = memcmp(arr1, arr2, 20);
	printf("%d ", ret);
	return 0;
}

-1
C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-06-字符串函数x64Debug7-06-字符串函数.exe (进程 16944)已退出，代码为 0。
按任意键关闭此窗口. . .

程序输出的结果小于0，表示第一个数组小于第二个数组。

模拟实现

memcmp函数和strncmp也非常相似，前者能比较所有的数据类型，通过内存中每个字节每个字节地比较，后者只能比较字符串。将该函数传入的两个参数强制转换成char*，然后进行每字节比较，过程与strncmp模拟思路一模一样！

int my_memcmp(const void* src1, const void* src2, size_t n)
{
	assert(src1 && src2);

	while (--n)
	{
		if (*(char*)src1 != *(char*)src2)
		{
			break;
		}
		(char*)src1 = (char*)src1 + 1;
		(char*)src2 = (char*)src2 + 1;
	}
    //不相同处的字节或者最后一位字节 比较
	return *(char*)src1 - *(char*)src2;
}

同一个测试用例：

int main()
{
	int arr1[] = { 1, 3, 4, 6 ,9 };
	int arr2[] = { 1, 3, 9, 8 ,0 };
	int ret = my_memcmp(arr1, arr2, 20);
	printf("%d ", ret);
	return 0;
}

运行结果：

-5
C:UsersHPDesktopgiteetestworld7-06-字符串函数x64Debug7-06-字符串函数.exe (进程 8328)已退出，代码为 0。
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结果同样小于0，表示第一个数组小于第二个数组。

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