在 C 语言开发中，字符和字符串的处理是高频操作。C 语言标准库提供了一系列字符函数和字符串函数来简化开发流程。本文将对这些函数进行全面解析，包含功能说明、使用示例、模拟实现以及避坑要点，帮助大家彻底掌握这些工具函数。

目录

一、字符分类函数

1. 常用函数列表

2. 使用示例：小写字母转大写

二、字符转换函数

1. 函数说明

2. 优势

三、核心字符串函数（用法 + 模拟实现）

1. 长度计算：strlen

2. 字符串拷贝：strcpy

3. 字符串追加：strcat

4. 字符串比较：strcmp

四、更安全的字符串函数（带 n 限制）

1. strncpy

2. strncat

3. strncmp

五、其他实用字符串函数

1. 字符串查找：strstr

2. 字符串分割：strtok

3. 错误信息获取：strerror

六、避坑指南

七、总结

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一、字符分类函数

字符分类函数用于判断一个字符的类型，比如是否为数字、字母、小写字母等。这类函数的使用需要包含头文件 ctype.h。

1. 常用函数列表

2. 使用示例：小写字母转大写

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main()
{
    int i = 0;
    char str[] = "Test String.\n";
    char c;
    while (str[i])
    {
        c = str[i];
        // 判断是否为小写字母
        if (islower(c))
            // 转大写
            c = toupper(c);
        putchar(c);
        i++;
    }
    return 0;
}

二、字符转换函数

字符转换函数同样依赖 ctype.h 头文件，主要包含两个函数，用于大小写字母的互相转换。

1. 函数说明

• tolower(int c)：将大写字母转换为小写，非大写字母不处理
• toupper(int c)：将小写字母转换为大写，非小写字母不处理

2. 优势

相较于手动通过加减 32 实现转换，使用函数更具可读性和可移植性。

三、核心字符串函数（用法 + 模拟实现）

这部分是字符串处理的核心，包含长度计算、拷贝、追加、比较等函数。使用这些函数需要包含头文件 string.h。

1. 长度计算：strlen

• 函数原型：size_t strlen(const char *str)

• 功能：计算字符串长度，统计 \0 之前的字符个数

• 注意事项

  1. 字符串必须以 \0 结尾，否则会出现越界访问
  2. 返回值 size_t 是无符号整数，相减时容易出错

• 模拟实现（三种方式）

#include <assert.h>

// 方式1：计数器法
int my_strlen(const char* str)
{
    assert(str);
    int count = 0;
    while (*str)
    {
        count++;
        str++;
    }
    return count;
}

// 方式2：递归法（无临时变量）
int my_strlen(const char* str)
{
    assert(str);
    if (*str == '\0')
        return 0;
    return 1 + my_strlen(str + 1);
}

// 方式3：指针-指针法
int my_strlen(char* s)
{
    assert(s);
    char* p = s;
    while (*p != '\0')
        p++;
    return p - s;
}

2. 字符串拷贝：strcpy

• 函数原型：char* strcpy(char *dest, const char *src)

• 功能：将源字符串拷贝到目标空间，包含 \0

• 注意事项

  1. 源字符串必须以 \0 结尾
  2. 目标空间需足够大且可修改

• 模拟实现

#include <assert.h>

char* my_strcpy(char* dest, const char* src)
{
    assert(dest && src);
    char* ret = dest;
    while ((*dest++ = *src++))
    {
        ;
    }
    return ret;
}

3. 字符串追加：strcat

• 函数原型：char* strcat(char *dest, const char *src)

• 功能：将源字符串追加到目标字符串末尾

• 注意事项

  1. 源字符串和目标字符串都要以 \0 结尾
  2. 目标空间需足够容纳拼接后的字符串

• 模拟实现

#include <assert.h>

char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
    assert(dest && src);
    char* ret = dest;
    // 找到目标字符串的末尾
    while (*dest)
    {
        dest++;
    }
    // 追加源字符串
    while ((*dest++ = *src++))
    {
        ;
    }
    return ret;
}

4. 字符串比较：strcmp

• 函数原型：int strcmp(const char *str1, const char *str2)

• 功能：按 ASCII 码值比较两个字符串

• 返回值规则

  1. 若 str1 > str2，返回大于 0 的数
  2. 若 str1 == str2，返回 0
  3. 若 str1 < str2，返回小于 0 的数

• 模拟实现

#include <assert.h>

int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
    assert(str1 && str2);
    while (*str1 == *str2)
    {
        if (*str1 == '\0')
            return 0;
        str1++;
        str2++;
    }
    return *str1 - *str2;
}

四、更安全的字符串函数（带 n 限制）

上述 strcpy、strcat、strcmp 存在越界风险，对应的带 n 版本函数可以指定操作长度，更安全。

1. strncpy

• 函数原型：char* strncpy(char *dest, const char *src, size_t num)
• 功能：最多拷贝 num 个字符到目标空间
• 特点：若源字符串长度小于 num，剩余部分用 \0 填充

2. strncat

• 函数原型：char* strncat(char *dest, const char *src, size_t num)
• 功能：最多追加 num 个字符到目标字符串末尾
• 特点：追加完成后自动添加 \0

3. strncmp

• 函数原型：int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t num)
• 功能：最多比较前 num 个字符

五、其他实用字符串函数

1. 字符串查找：strstr

• 函数原型：char* strstr(const char *str1, const char *str2)
• 功能：在 str1 中查找 str2 第一次出现的位置
• 返回值：找到返回对应指针，未找到返回 NULL

2. 字符串分割：strtok

• 函数原型：char* strtok(char *str, const char *sep)

• 功能：按照分隔符集合 sep 分割字符串 str

• 使用特点

  1. 第一次调用传入 str，后续调用传入 NULL
  2. 函数会修改原字符串，建议使用临时拷贝

• 使用示例

#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;
}

3. 错误信息获取：strerror

• 函数原型：char* strerror(int errnum)

• 功能：将错误码转换为对应的错误信息字符串

• 使用：需包含 errno.h，配合全局变量 errno 使用

• 示例

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

int main()
{
    FILE* pFile = fopen("unexist.ent", "r");
    if (pFile == NULL)
        printf("Error: %s\n", strerror(errno));
    return 0;
}

六、避坑指南

1. strlen 返回值陷阱：size_t 是无符号数，strlen(str2)-strlen(str1) 永远不会为负
2. strcpy 目标空间问题：必须确保目标空间可修改且足够大，避免数组越界
3. strcat 自追加问题：不能用 strcat(str, str)，会覆盖 \0 导致死循环
4. strtok 修改原字符串：如需保留原字符串，先进行拷贝

七、总结

字符函数和字符串函数是 C 语言处理文本数据的基础，掌握这些函数的用法、注意事项和底层实现，不仅能提升代码质量，还能避免常见的内存越界、逻辑错误。建议大家手动实现这些函数，加深对字符串处理逻辑的理解。

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