C语言字符函数与字符串函数完全指南

📑 目录

• 📖 1. 字符分类函数
  • 🎯 练习：将字符串中的小写字母转大写
• 🔄 2. 字符转换函数
• 📏 3. strlen 的使用和模拟实现
  • ⚠️ 易错点示例
  • 🛠️ strlen的模拟实现
• 📋 4. strcpy 的使用和模拟实现
  • 🛠️ strcpy的模拟实现
• 🔗 5. strcat 的使用和模拟实现
  • 🛠️ 模拟实现strcat函数
• ⚖️ 6. strcmp 的使用和模拟实现
  • 🛠️ strcmp函数的模拟实现
• ✂️ 7. strncpy 函数的使用
• ➕ 8. strncat 函数的使用
• 🔍 9. strncmp 函数的使用
• 🎯 10. strstr 的使用和模拟实现
  • 🛠️ strstr的模拟实现
• 🔪 11. strtok 函数的使用
• ⚠️ 12. strerror 函数的使用
  • 📝 举例：使用strerror处理文件打开错误
  • 💡 了解perror函数
• 📝 小总结
• ❓ 经典面试题

📖 1. 字符分类函数

在编程的过程中，我们经常要处理字符和字符串，为了方便操作字符和字符串，C语言标准库中提供了一系列库函数，接下来我们就学习一下这些函数。

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包含一个头文件是ctype.h。

这些函数的使用方法非常类似，我们就讲解一个函数的事情，其他的非常类似：

intislower(intc);

islower是能够判断参数部分的c是否是小写字母的。通过返回值来说明是否是小写字母，如果是小写字母就返回非0的整数，如果不是小写字母，则返回0。

🎯 练习：将字符串中的小写字母转大写

写一个代码，将字符串中的小写字母转大写，其他字符不变。

#include<stdio.h>#include<ctype.h>intmain(){inti=0;charstr[]="Test String.\n";charc;while(str[i]){c=str[i];if(islower(c))c-=32;putchar(c);i++;}return0;}

🔄 2. 字符转换函数

C语言提供了2个字符转换函数：

inttolower(intc);//将参数传进去的大写字母转小写inttoupper(intc);//将参数传进去的小写字母转大写

上面的代码，我们将小写转大写，是-32完成的效果，有了转换函数，就可以直接使用toupper函数。

#include<stdio.h>#include<ctype.h>intmain(){inti=0;charstr[]="Test String.\n";charc;while(str[i]){c=str[i];if(islower(c))c=toupper(c);putchar(c);i++;}return0;}

📏 3. strlen 的使用和模拟实现

size_tstrlen(constchar*str);

• 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'）。
• 参数指向的字符串必须要以'\0'结束。
• 注意函数的返回值为size_t，是无符号的（易错）。
• strlen的使用需要包含头文件<string.h>。
• 学会strlen函数的模拟实现。

⚠️ 易错点示例

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){constchar*str1="abcdef";constchar*str2="bbb";if(strlen(str2)-strlen(str1)>0){printf("str2>str1\n");}else{printf("srt1>str2\n");}return0;}

💡注意：由于strlen返回size_t是无符号类型，strlen(str2)-strlen(str1)的结果也是无符号数，永远不会小于0。所以即使strlen(str2) < strlen(str1)，相减结果也会被解释为很大的正数，导致判断错误。建议直接比较：strlen(str2) > strlen(str1)。

🛠️ strlen的模拟实现

方式1：计数器方式

intmy_strlen(constchar*str){intcount=0;assert(str);while(*str){count++;str++;}returncount;}

方式2：递归方式（不创建临时变量）

intmy_strlen(constchar*str){assert(str);if(*str=='\0')return0;elsereturn1+my_strlen(str+1);}

方式3：指针-指针方式

intmy_strlen(char*s){assert(str);char*p=s;while(*p!='\0')p++;returnp-s;}

📋 4. strcpy 的使用和模拟实现

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

• Copies the C string pointed by source into the array pointed by destination, including the terminating null character (and stopping at that point).
• 源字符串必须以'\0'结束。
• 会将源字符串中的'\0'拷贝到目标空间。
• 目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串。
• 目标空间必须可修改。
• 学会模拟实现。

🛠️ strcpy的模拟实现

//1.参数顺序//2.函数的功能，停止条件//3.assert//4.const修饰指针//5.函数返回值//6.题目出自《高质量C/C++编程》书籍最后的试题部分char*my_strcpy(char*dest,constchar*src){char*ret=dest;assert(dest!=NULL);assert(src!=NULL);while((*dest++=*src++)){;}returnret;}

🔗 5. strcat 的使用和模拟实现

• Appends a copy of the source string to the destination string. The terminating null character in destination is overwritten by the first character of source, and a null-character is included at the end of the new string formed by the concatenation of both in destination.
• 源字符串必须以'\0'结束。
• 目标字符串中也得有\0，否则没办法知道追加从哪里开始。
• 目标空间必须有足够的大，能容纳下源字符串的内容。
• 目标空间必须可修改。
• 字符串自己给自己追加，如何？

🛠️ 模拟实现strcat函数

char*my_strcat(char*dest,constchar*src){char*ret=dest;assert(dest!=NULL);assert(src!=NULL);while(*dest){dest++;}while((*dest++=*src++)){;}returnret;}

⚖️ 6. strcmp 的使用和模拟实现

• This function starts comparing the first character of each string. If they are equal to each other, it continues with the following pairs until the characters differ or until a terminating null-character is reached.
• 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
  • 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。

🛠️ strcmp函数的模拟实现

intmy_strcmp(constchar*str1,constchar*str2){intret=0;assert(str1!=NULL);assert(str2!=NULL);while(*str1==*str2){if(*str1=='\0')return0;str1++;str2++;}return*str1-*str2;}

✂️ 7. strncpy 函数的使用

char*strncpy(char*destination,constchar*source,size_tnum);

• Copies the first num characters of source to destination. If the end of the source C string (which is signaled by a null-character) is found before num characters have been copied, destination is padded with zeros until a total of num characters have been written to it.
• 拷贝num个字符从源字符串到目标空间。
• 如果源字符串的长度小于num，则拷贝完源字符串之后，在目标的后边追加0，直到num个。

➕ 8. strncat 函数的使用

char*strncat(char*destination,constchar*source,size_tnum);

• Appends the first num characters of source to destination, plus a terminating null-character.（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）。
• If the length of the C string in source is less than num, only the content up to the terminating null-character is copied.（如果source指向的字符串的长度小于num的时候，只会将字符串中到\0的内容追加到destination指向的字符串末尾）。

/* strncat example */#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){charstr1[20];charstr2[20];strcpy(str1,"To be ");strcpy(str2,"or not to be");strncat(str1,str2,6);printf("%s\n",str1);return0;}

🔍 9. strncmp 函数的使用

intstrncmp(constchar*str1,constchar*str2,size_tnum);

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。

🎯 10. strstr 的使用和模拟实现

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

Returns a pointer to the first occurrence of str2 in str1, or a null pointer if str2 is not part of str1.（函数返回字符串str2在字符串str1中第一次出现的位置）。

The matching process does not include the terminating null-characters, but it stops there.（字符串的比较匹配不包含\0字符，以\0作为结束标志）。

/* strstr example */#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){charstr[]="This is a simple string";char*pch;pch=strstr(str,"simple");strncpy(pch,"sample",6);printf("%s\n",str);return0;}

🛠️ strstr的模拟实现

char*strstr(constchar*str1,constchar*str2){char*cp=(char*)str1;char*s1,*s2;if(!*str2)return((char*)str1);while(*cp){s1=cp;s2=(char*)str2;while(*s1&&*s2&&!(*s1-*s2))s1++,s2++;if(!*s2)return(cp);cp++;}return(NULL);}

🔪 11. strtok 函数的使用

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

• sep参数指向一个字符串，定义了用作分隔符的字符集合。
• 第一个参数指定一个字符串，它包含了0个或者多个由sep字符串中一个或者多个分隔符分割的标记。
• 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函数会改变被操作的字符串，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。）
• strtok函数的第一个参数不为NULL，函数将找到str中第一个标记，strtok函数将保存它在字符串中的位置。
• 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。
• 如果字符串中不存在更多的标记，则返回NULL指针。

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){chararr[]="192.168.6.111";char*sep=".";char*str=NULL;for(str=strtok(arr,sep);str!=NULL;str=strtok(NULL,sep)){printf("%s\n",str);}return0;}

⚠️ 12. strerror 函数的使用

char*strerror(interrnum);

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。

在不同的系统和C语言标准库的实现中都规定了一些错误码，一般是放在errno.h这个头文件中说明的，C语言程序启动的时候就会使用一个全局的变量errno来记录程序的当前错误码，只不过程序启动的时候errno是0，表示没有错误，当我们在使用标准库中的函数的时候发生了某种错误，就会将对应的错误码，存放在errno中，而一个错误码的数字是整数很难理解是什么意思，所以每一个错误码都是有对应的错误信息的。strerror函数就可以将错误对应的错误信息字符串的地址返回。

#include<errno.h>#include<string.h>#include<stdio.h>//我们打印一下0~10这些错误码对应的信息intmain(){inti=0;for(i=0;i<=10;i++){printf("%s\n",strerror(i));}return0;}

在Windows11+VS2022环境下输出的结果如下：

No error Operation not permitted No such file or directory No such process Interrupted function call Input/output error No such device or address Arg list too long Exec format error Bad file descriptor No child processes

📝 举例：使用strerror处理文件打开错误

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<errno.h>intmain(){FILE*pFile;pFile=fopen("unexist.ent","r");if(pFile==NULL)printf("Error opening file unexist.ent: %s\n",strerror(errno));return0;}

输出：

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

💡 了解perror函数

也可以了解一下perror函数，perror函数相当于一次将上述代码中的第9行完成了，直接将错误信息打印出来。perror函数打印完参数部分的字符串后，再打印一个冒号和一个空格，再打印错误信息。

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<errno.h>intmain(){FILE*pFile;pFile=fopen("unexist.ent","r");if(pFile==NULL)perror("Error opening file unexist.ent");return0;}

输出：

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

📝 小总结

本文详细介绍了C语言中12个常用的字符函数和字符串函数，包括：

面试重点提醒：

• strlen返回size_t无符号类型，直接相减容易出错
• strcpy/strcat/strcmp的模拟实现是面试高频考点
• strtok会修改原字符串，使用时注意传临时拷贝
• strncpy/strncat/strncmp是安全版本，限制操作长度

❓ 经典面试题

面试题1：strlen与sizeof的区别是什么？

解答：

• strlen是库函数，用于计算字符串长度（不包含\0），需要包含<string.h>，运行时计算。
• sizeof是运算符，用于计算变量或类型所占内存空间大小（包含\0），编译时计算。

charstr[]="hello";printf("%zu\n",strlen(str));// 输出 5printf("%zu\n",sizeof(str));// 输出 6（包含'\0'）

面试题2：为什么strlen(str2)-strlen(str1)>0的判断可能出错？

解答：因为strlen返回size_t是无符号整型，两个无符号数相减结果仍为无符号数。当strlen(str2) < strlen(str1)时，相减结果本应为负数，但被解释为很大的无符号正数，导致判断错误。正确做法是直接比较：strlen(str2) > strlen(str1)。

面试题3：strcat能否自己给自己追加？为什么？

解答：不能。因为strcat在追加时会覆盖目标字符串的\0，然后逐字符拷贝源字符串。如果源和目标指向同一块内存，追加过程中源字符串的内容会被覆盖破坏，导致无法正确完成追加操作，最终结果不可预测。

面试题4：strcpy和memcpy有什么区别？

解答：

• strcpy只能用于字符串拷贝，遇到\0停止，不指定拷贝长度。
• memcpy可以拷贝任意类型的内存数据，按字节数拷贝，不依赖\0。
• strcpy会拷贝\0，memcpy不会自动添加\0。

面试题5：strtok函数为什么一般要传临时拷贝？

解答：因为strtok函数在找到分隔符时，会将分隔符位置替换为\0，从而修改原字符串。如果直接操作原始字符串，会破坏原始数据。因此通常先使用strcpy拷贝一份临时字符串，再对临时字符串进行分割操作。