C语言中字符字符串以及内存操作函数
1字符及其操作函数
1.1字符
字符类型char是C语言中极为重要的一种类型，相比整型，浮点型其操作也有略微不同，今天就来介绍C语言中关于字符的那些事。
我们这里谈到的字符均指的是美国信息交换标准代码(American Standard Code for Information Interchange，下文简称ASCII码)表中的字符，根据该表可知，每一个字符都对应一个编号，例如字符'a'的ASCII码编号为97，字符'A'的ASCII码编号为65，字符'1'的ASCII码编号为49等等。由于计算机只能存储二进制码，所以字符在内存中实际存储的是该字符对应ASCII码的二进制码，因此我们也可以这样认为：char相当于是1个字节的无符号整型。
图1.1 ASCII码表
由于有些字符或命令不能直接被表示出来(例如回车符，再如C语言中定义一个字符需要用单引号把字符引起来，而单引号自己本身也是字符)，此时我们需要使用转义字符来表示，其书写格式为“反斜杠后边跟指定字符”，而此时转义字符中的反斜杠后边那个字符将不再表示其原来的含义。例如'n'的本意就表示英文字符'n',如果加上反斜杠：'\n'，此时编译器会把反斜杠和n放在一起编译，其对应的含义就为换行。
常见的转义字符和所对应的含义(来源百度百科)：转义字符含义ASCII码值
\a响铃(BEL)007
\b退格(BS)，将当前位置移到前一列008
\f换页(FF)，将当前位置移到下页开头012
\n换行(LF)，将当前位置移到下一行开头010
\r回车(CR)，将当前位置移到本行开头013
\t水平制表(HT)(跳到下一个TAB位置)009
\v垂直制表(VT)011
\\代表一个反斜线字符''\'092
\’代表一个单引号(撇号)字符039
\”代表一个双引号字符034
\?代表一个问号063
\0空字符(NULL)000
\ddd1到3位八进制数所代表的任意字符三位八进制
\xhh十六进制所代表的任意字符十六进制
对于汉字，不同的编码对应的汉字所占的字节数不同，因此本文不做讨论。
1.2字符操作函数
C语言中关于字符函数主要有两大类，一类是字符分类函数，常用于判断用户的输入是否合法，另一类是字符转换函数，用于将英文字母的字符转换为大写或者小写。
1.2.1字符分类函数
常见的字符分类函数见下表：函数如果该函数的参数符合下述条件就返回真，否则返回假
iscntrl任何控制字符
isspace空白字符：空格’ ’，换页’\f，换行’\n’，回车’\r’，制表符’\t’，垂直制表符’\v’。
isdigit十进制数字0~9
isxdigit十六进制数字，包括所有的十进制数字，小写字母a~f,大写字母A~F
islower小写字母a~z
isupper大写字母A~Z
isalpha字母a~z或A~Z
isalnum字母或数字，0~9,a~z,A~Z
ispunct标点符号，任何不属于数字或字母的字符(可打印)
isgraph任何图形字符
isprint任何可打印字符，包括图形字符和空白字符
注：在ASCII码中，第0～31号及第127号(共33个)是控制字符或通讯专用字符，如控制符：LF(换行)、CR(回车)、FF(换页)、DEL(删除)、BS(退格)、BEL(振铃)等；通讯专用字符：SOH(文头)、EOT(文尾)、ACK(确认)等。
1.2.2字符转换函数转小写：inttolower(intc);转大写：inttoupper(intc);
例如：
chars='a';
printf("%c\n",toupper(s));
printf("%c\n",s);
图1.2
从程序运行结果可以看出来，在转换字符时，字符本身没有发生变化，只是字符转换函数将其对应的大写(或小写)对应的ASCII码值返回。如果想改变某个字符串的大写或小写，只需遍历该字符串，使用字符转换函数即可。
2字符串及其操作函数
2.1字符串
严格来讲，C语言中并没有字符串类型，因此我们使用字符数组来模拟字符串，或者直接使用常量字符串。既然是以字符数组来模拟字符串，而字符又以ASCII码存放在内存中，何时停止？即编译器如何知道到哪里是某段字符串的结束。C语言标准有如下规定：以'\0'作为字符串的结束标志。
字符串有两种定义方式：
方式1：charstr1[]="Hello";
虽然Hello有5个字符，但实际上系统会自动在字符'o'后边加上字符'\0'.如下图所示。
图2.1
方式2：charstr2[6]={'H','e','l','l','o','\0'};
对于这种定义方式，必须要在最后手动加上'\0'，否则我们定义的就是字符数组而不是字符串。
2.2字符串函数
C语言中，跟字符串相关的函数主要有以下几个：函数名含义
strlen求取字符串长度
strcpy字符串拷贝
strcat字符串拼接函数
strcmp字符串比较函数
strncpy字符串指定字符数拷贝
strncat字符串指定字符数拼接
strcnmp字符串指定字符比较函数
strstr判断一个字符串是否为另一个字符串的片段
strtok按指定分隔符分割字符串
strerror错误信息报告函数
下面将逐一介绍并模拟实现其中的部分函数。
2.2.1strlen
strlen:求字符串长度函数.size_tstrlen(constchar*string);
可以看出，该函数的返回值为无符号整型，所以实际应用中我们不能直接对两个strlen进行减法，否则会出错。
strlen的功能是求取一个字符串的长度，在上文中我们已经提到过，字符串的末尾以'\0'作为结束标志，所以我们只要从字符串的开始进行遍历，当到'\0'时自动停止，然后返回'\0'前的字符数。
所以可以写出如下代码：
size_tmy_strlen1(constchar*str)
{
assert(str);
intcount=0;
while(*str++&&++count);
returncount;
}
或者
size_tmy_strlen2(constchar*str)
{
assert(str);
constchar*start=str;
while(*str++);
return(str-1-start);//减1是因为上一步中指针指向'\0'后，虽然条件不满足退出了循环，但str还要接着进行一步加加操作，所以减掉1.
}
或者不使用临时变量：
size_tmy_strlen3(constchar*str)
{
assert(str);
if(*str=='\0')
{
return0;
}
returnmy_strlen3(str+1)+1;
}
2.2.2strcpy
strcpy:字符串拷贝函数：char*strcpy(char*strDestination,constchar*strSource);
其含义是把源头字符串strSource拷贝到目的地字符串strDestination中去。
该函数使用有如下注意事项：首先要保证目的地字符串的空间足够大，能够放下源头字符串，目的地字符串空间至少要和源头空间一样大，此外，目标空间还应当可修改(不被const修饰).
源字符串必须要以'\0'结束，否则会出错。
源字符串的'\0'会拷贝到目标空间中，作为字符串的结束标志。
返回 char*是为了实现函数的链式访问。
模拟实现：
char*my_strcpy(char*dest,constchar*src)
{
assert(dest);
assert(src);
char*ret=dest;
while(*dest++=*src++);
returnret;
}
2.2.3strcat
strcat:字符串拼接函数char*strcat(char*strDestination,constchar*strSource);
其含义是把源字符串strSource拼接到目标字符串strDestination之后。
该函数使用有如下注意事项：目标字符串剩余空间足够大可以容纳下源字符串。
源字符串必须要以'\0'结尾。
追加时是从目标字符串的'\0'位置处开始的，即会把'\0'覆盖掉，因此字符串不能给自己追加自己本身。
模拟实现：char*my_strcat(char*dest,constchar*src)
{
assert(dest);
assert(src);
char*ret=dest;
while(*dest++);
dest--;
while(*dest++=*src++);
returnret;
}
2.2.4strcmp
strcmp:字符串比较函数intstrcmp(constchar*string1,constchar*string2);
字符串本身没有大小，此处比较的是两个字符串对应字符的ASCII码值的大小，即如果string1的第一个字符ASCII码值大于string2的第一个字符ASCII码值，就返回一个大于0的数，如果string1的第一个字符ASCII码值小于string2的第一个字符ASCII码值，就返回一个小于0的数，如果string1的第一个字符ASCII码值等于string2的第一个字符ASCII码值，就接着比较它们的第二个字符，以此类推。
模拟实现：
intmy_strcmp(constchar*str1,constchar*str2)
{
assert(str1);
assert(str1);
while(*str1==*str2)
{
if(*str1=='\0')
{
return0;
}
str1++;
str2++;
}
return*str1-*str2;
}
2.2.5strcpy
strncpy:字符串指定字符数拷贝char*strncpy(char*strDest,constchar*strSource,size_tcount);
其含义是把源字符串的count个字符拷贝到目标字符串空间。
该函数使用时有如下注意事项：如果源字符串长度小于count，则在拷贝完源字符串后，在目标后边追加'\0'，直到追加count个。
count应当不超过目标字符串空间(因为字符串最后还有'\0'，所以count应当小于目标字符串的空间)。
模拟实现：
char*my_strncpy(char*dest,constchar*src,size_tn)
{
assert(dest);
assert(src);
char*ret=dest;
while(n&&(*dest++=*src++))
{
n--;
}
if(n)
{
while(--n)
{
*dest++='\0';
}
}
returnret;
}
2.2.6strncat
strncat:字符串指定字符数拼接char*strncat(char*strDest,constchar*strSource,size_tcount);
其含义是把源字符串的count个字符追加到目标字符串后边。
该函数使用时有如下注意事项：目标字符串必须以'\0'结尾。
追加时从目标字符串的'\0'开始追加，count个字符串追加结束后，在后边补'\0'。
count不应当超过目标字符串剩余的空间。
如果源字符串长度不够count个，则在后边追加'\0'，直到补满count个为止。
模拟实现：
char*my_strncat(char*dest,constchar*src,size_tn)
{
assert(dest);
assert(src);
inti;
char*ret=dest;
while(*dest)
{
dest++;
}
for(i=0;src[i]&&i
{
dest[i]=src[i];
}
while(i<=n)
{
dest[i]='\0';
i++;
}
returnret;
}
2.2.7strncmp
strncmp:比较两个字符串的前n个字符intstrncmp(constchar*string1,constchar*string2,size_tcount);
比较两个字符串的前count字符，原理同strcmp。
2.2.8strstr
strstr:判断一个字符串是否为另一个字符串的子字符串。char*strstr(constchar*string,constchar*strCharSet);
其含义为判断strCharSet是否为string的子字符串。返回值为一个指针，如果不是子字符串，则返回一个NULL指针，如果是，则返回strCharSet在string中第一次出现的位置。
实现原理，从string的第一个字符与strCharSet的第一个字符进行比较，如果不相等，就比较string的第二个字符和strCharSet的第一个字符，如果相等，比较string的第三个字符和strCharSet的第二个字符，如果不相等，则从string的第三个字符开始再与strCharSet的第一个字符比较，以此类推。
模拟实现：
char*my_strstr(constchar*str1,constchar*str2)
{
constchar*s1=str1;
constchar*s2=str2;
constchar*cp=str1;
if(*str2=='\0')
{
returnstr1;
}
while(cp)
{
s1=cp;
s2=str2;
while(s1&&s2&&*s1=*s2)
{
s1++;
s2++;
}
if(*s2='\0')
{
return(char*)cp;
}
cp++;
}
returnNULL;
}
2.2.9strtok
strtok:按指定分隔符分割字符串char*strtok(char*strToken,constchar*strDelimit);
其含义是按照strDelimit中的字符来分割字符串strToken。
该函数使用时应注意：strToken包含了0个或多个由strDelimit字符串中一个或多个分隔符分割的标记。
strtok函数找到strToken中的下一个标记，将该标记改为'\0',并返回一个指向该子串的指针。
如果strtok函数的第一个参数不为NULL，函数将找到str中的第一个标记，strtok函数将保存它在字符串中的位置。并返回被已经分隔好的字符串的起始地址。
如果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。
如果字符串中没有更多的标记(即所有的标记已经查找完)，则返回NULL指针。
使用案例：
charstr1[]="123.456.55.88";
charstr2[]=".";
char*p=NULL;
charstr3[50];
strcpy(str3,str1);
for(p=strtok(str3,str2);p!=NULL;p=strtok(NULL,str2))
{
printf("%s\n",p);
}
2.2.10strerror
strerror:返回错误码所对应的错误信息char*strerror(interrnum)
在编写程序时，总有某些情况我们考虑不周全，在程序的某些可能出错地方，我们可以预先设置一些错误提示，这样在程序运行时，可以帮助我们迅速定位到出错的位置，使程序更加易于调试。在系统中提前定义好了一些错误和错误码，这些错误码放在全局变量errno(需要引用头文件errno.h)中。我们在使用时只需要调用上述函数，如果发生错误，将会为我们返回错误码及其对应的信息，没有错误时，errno默认的值为0.
例如：打开一个文件前，我们需要判断文件是否存在，如果不存在就不能打开，此时就可以调用该函数。
FILE*pFile;
pFile=fopen("1.txt","r");
if(pFile==NULL)
{
printf("Erroropeningfile1.txt:%s\n",strerror(errno));
}
由于实际中，并没有该文件，所以程序输出该文件不存在，如图所示。
图2.2
还有另外一个函数perror，整合了打印和strerror的功能，所以上述代码行中printf对应的那行可以改写为：perror("Erroropeningfile1.txt")
两者输出结果一样。
3内存(memory)操作函数
在字符串操作中，有字符串的比较，拷贝，拼接等等，但其只能实现字符串的操作，往往还受其结束符'\0'的限制，当我们想拷贝比较或者其他类型时，这些函数则失去了作用，所以在此处引入内存操作函数，其与字符串操作函数类似，但又不尽相同。
3.1memcpy
memcpy：字符串拷贝函数void*memcpy(void*dest,constvoid*src,size_tcount);
其含义为该函数会从src对应的起始地址开始向后拷贝count个字节的数据到dest指向的地址中。拷贝结束，返回dest的起始地址。
由于是对内存直接进行拷贝，所以其可以拷贝任何类型的数据，当然也不受'\0'的限制，即遇到该字符时并不会停下来，而是接着拷贝，直到拷贝满count个字节为止。
当dest在src+count的范围内时，则复制结果不一定正确(对于不同的平台该函数实现的方式不太一样，如果拷贝和粘贴同时进行，则重叠区域会被新数据覆盖掉，拷贝结果可能就不是我们所期望的，而如果是先拷贝完后再粘贴，才可能是我们所期望的)。
模拟实现：void*my_memcpy1(void*dest,constvoid*src,size_tnum)
{
assert(dest);
assert(src);
void*ret=dest;
inti;
for(i=0;i
{
*((char*)dest+i)=*((char*)src+i);
}
returnret;
}
或者
void*my_memcpy2(void*dest,constvoid*src,size_tnum)
{
assert(dest);
assert(src);
void*ret=dest;
while(num--)
{
*((char*)dest)=*((char*)src);
dest=(char*)dest+1;
src=(char*)src+1;
}
returnret;
}
3.2memmove
memmove:内存移动void*memmove(void*dest,constvoid*src,size_tcount);
顾名思义，内存移动，就是把src开始向后的count个字节内存拷贝移动到dest对应的位置上。和memcpy函数一样，都是把src开始向后的count个字节内存拷贝移动到dest对应的位置上，但是上边也谈到，当dest在src+count范围(或者src在dest+count的范围内)内，即源空间和目标空间有重叠时，memcpy就无法保证拷贝结果的正确性，memmove函数就是为了解决此问题。
分析，当dest在src+count范围内时(也就是dest在src的右边)，即如图所示：
图3.1
D为重叠区域，如果从前向后拷贝，即先把A拷贝到D处，则会把原来D位置的数据覆盖掉，那么再把D处的数据拷向G时，实际上拷贝的是A的数据。如果从后向前拷贝，即先把D处的数据拷贝到G，再把C处的数据拷贝到F，依次类推，此时可以达到我们想要的结果。
而当src在dest+count的范围内(即dest在src的左边)，如图所示，按照上述分析此时应当从前向后拷贝，即先把D处得到数据拷贝到A中，再把E处的数据拷贝到B中，依次类推。
图3.2
有了上述分析，进行模拟实现(实际上主要是判断dest是在src的左边还是右边)：
void*my_memmove(void*dest,constvoid*src,size_tnum)
{
assert(dest);
assert(src);
void*ret=dest;
if(dest
{
while{num--}//从前向后拷贝
{
*((char*)dest)=*((char*)src);
dest=(char*)dest+1;
src=(char*)src+1;
}
}
else
{
while{num--}//从后向前拷贝
{
*((char*)dest+count)=*((char*)src+count);
}
}
returnret;
}
3.3memcmp
memcmp:比较函数intmemcmp(constvoid*buf1,constvoid*buf2,size_tcount);
其含义为比较内存区域buf1与buf2的count个字节的大小。如果buf1>buf2，则返回正数；
如果buf1=buf2，返回0；
如果buf1
模拟实现：
intmy_memcmp(constvoid*buf1,constvoid*buf2,size_tnum)
{
assert(buf1);
assert(buf2);
while(*((*char)buf1)==*((*char)buf2)&&count--)
{
buf1=(*char)buf1+1;
buf2=(*char)buf2+1;
}
if(count==0)
{
return0;
}
return*((char*)buf1)-*((char*)buf2)
}
3.4memset
memset:初始化void*memset(void*dest,intc,size_tcount);
其含义为从dest位置开始，将接下来的count个字节置为整数c，并最终返回dest的地址。
因为是按字节赋值，所以无论c多大，系统都只能取c的后八位二进制码对其进行赋值，也正是因为如此，一般用0(二进制码全0)或-1(二进制码全1)进行初始化，否则容易出错。
