详解C语言string.h中常见的13个库函数（上）

我计划讲解C语言string.h这个头文件中，最常见的13个库函数。为了让大家更加深入的理解这些函数，部分函数我会模拟实现。篇幅所限，如果文章太长了，可能会较难坚持读完，所以我会分几篇博客来讲述。本篇博客主要讲解的函数有：strlen, strcpy, strcat, strcmp。这四个函数是最基础，最常见的字符串操作函数，在字符串相关的场景中会频繁使用，希望大家在阅读完本篇博客后，对它们的原理、使用方式了如指掌，运用自如。考虑到有朋友可能不太理解C语言字符串的一些基础概念，本篇博客会先铺垫一些基础知识，已经熟悉C语言字符串的朋友们可以跳过。

字符串必备知识

什么是字符串？就是一串字符。C语言如何表示字符串呢？用双引号括起来一串字符即可。如："hello world"就是一个字符串。

C语言中的字符串的结束标志是\0这个转义字符。比如"hello world"这个字符串，本质上，在内存中存储的是hello world\0，在所有的字符后面，会隐藏一个\0。注意：\0作为一个整体，是一个字符，它的ASCII码值是0。

字符串一般用字符数组来存储，比如：

char arr[] = "hello world";

就把"hello world"这个字符串存储到了字符数组arr里。此时数组arr的长度是多少呢？要把hello world这11个字符算上，后面还有一个\0，总共12个字符。但是，如果计算的是字符串的长度，是不算最后的\0的，长度就是11。

字符串的长度计算的是\0之前出现了几个字符，但是不包含\0本身！那如何求字符串长度呢？这就要引出今天要讲解的第一个库函数了。

string.h中的库函数

strlen

size_t strlen ( const char * str );

strlen是用来求字符串的长度的。只需要给它传字符串首字符的地址，它就会计算出该字符串的长度。注意：字符串常量，即单引号引起来的字符串，作为一个表达式，其值为首字符的地址，可以作为strlen的参数。除此之外，字符串也可以保存到字符数组中，数组名表示首元素地址，也可以作为参数。

字符串直接作为参数：

int len1 = strlen("abc"); // 3

char* str = "defg";
int len2 = strlen(str); // 4

数组名作为参数：

char arr[] = "abc";
int len = strlen(arr); // 3

strlen的返回值是size_t类型的。size_t是一个无符号整型。所以以下程序会输出什么？

if (strlen("abc") - strlen("abcd") < 0)
	printf("<\n");
else
	printf(">=");

看起来应该是“小于”，但结果是“大于等于”，原因是无符号整型的差还是无符号整型，一定是大于等于0的。

下面我们来模拟实现strlen。实现思路很简单，从首字符开始，向后数，直到遇到\0就停下来。

size_t my_strlen(const char* str)
{
	assert(str);
	
	size_t count = 0;
	while (*str)
	{
		++count;
		++str;
	}
	
	return count;
}

当然，我们也可以一直向后找\0，根据“指针-指针得到的是指针之间的元素个数”的原理，用\0的地址减首字符的地址，也可以得到字符串的长度。

size_t my_strlen(const char* str)
{
	assert(str);
	
	const char* eos = str; // end of str
	while (*eos)
	{
		++eos;
	}
	
	return eos - str;
}

当然，如果不创建临时变量，也可以使用递归实现，这种实现并不推荐，因为递归是有缺陷的，递归深度太深可能导致栈溢出。递归实现思路是：字符串的长度=1+从下一个字符开始数的长度。也就是说，strlen(str) = 1+strlen(str+1)。当然，如果str是空字符串，即*str=='\0'，长度就为0。

size_t my_strlen(const char* str)
{
	assert(str);
	
	if (*str)
		return 1 + my_strlen(str + 1);
	else
		return 0;
}

strlen总结：

strlen是用来求字符串长度的，会返回\0之前出现了几个字符。
参数指向的字符串必须以\0结尾，否则结果是随机值。
函数的返回值类型是size_t的，size_t是一个无符号整型。

strcpy

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

strcpy是用来完成字符串拷贝的。它有2个参数，分别是目的地和起始位置。比如，把字符串arr1拷贝到arr2里，要这么写：

char arr1[20] = {0};
char arr2[] = "abc";
strcpy(arr1, arr2);

注意：拷贝时，会把arr2中的"abc"拷贝到arr1中，包括结尾的\0。

strcpy会返回目标空间的起始地址，方便函数的链式访问，比如：

printf("%s\n", strcpy(arr1, arr2));

以上代码，在把arr2中的字符串拷贝到arr1中后，顺便把arr1打印出来，看看有没有拷贝成功。

下面讲讲模拟实现。其实重点是拷贝的过程，也就是*dst++ = *src++，把src指向的字符拷贝到dst指向的空间中，并且2个指针向后走，直到src遇到\0，此时结束循环，返回起始地址。注意dst在拷贝的过程中一直在向后走，所以需要在最开始先保存下来，方便最后返回目标空间的地址。

char* my_strcpy(char* dst, const char* src)
{
	assert(dst && src);

	char* ret = dst;
	while (*dst++ = *src++)
	{
		;
	}
	return ret;
}

strcpy总结：

strcpy是用来拷贝字符串的。
源字符串必须以\0结束，否则会一直拷贝字符，直到遇到内存中的\0。
拷贝时，会把源字符串结尾的\0也拷贝到目标空间中。
目标空间必须足够大，能够容纳拷贝的源字符串，否则会导致内存的越界访问。
目标空间必须可变（可修改）。

strcat

char * strcat ( char * destination, const char * source );

strcat是完成字符串追加的，它可以在目标字符串后面追加源字符串。可以理解为，先从目标空间中找到\0，即目标字符串的结尾，然后从\0所在的位置开始，向后追加源字符串。比如：在abc后面追加def后就得到了abcdef，追加的时候会把源字符串的\0也追加过去。函数会返回目标字符串的起始地址。

其实可以简单理解为：先找到目标字符串结尾的\0，然后从把源字符串以strcpy的方式拷贝到目标字符串后面，大家看到模拟实现后就明白了。

char* my_strcat(char* dst, const char* src)
{
	assert(dst && src);
	char* ret = dst;

	while (*dst)
	{
		++dst;
	}

	while (*dst++ = *src++)
	{
		;
	}
	return ret;
}

其实就是在strcpy的模拟实现的基础上，加上了下面的代码，即找dst中的\0。

while (*dst)
{
	++dst;
}

根据以上的实现，能不能自己给自己追加呢？比如：

char arr[10] = "abc";
strcat(arr, arr);

我们想再arr后面追加arr，预期结果是，“abc"后面追加"abc"得到"abcabc”，但是根据以上模拟实现的代码，在追加的同时，会把src中的\0给覆盖掉，所以源字符串中就内有\0了，在拷贝的时候，本来是遇到\0就停止了，但是一直找不到\0，就导致无限循环。

那如何实现自己给自己追加呢？这就要用到strncpy函数了，这个函数我会在下一篇博客中介绍。

strcat总结：

strcat是用来追加字符串的，会把源字符串追加到目标字符串后面。
源字符串和目标字符串都必须以\0结束。
目标空间必须足够大，以容纳追加的字符串。
目标空间必须可变（可修改）。
不能自己给自己追加。

strcmp

int strcmp ( const char * str1, const char * str2 );

strcmp是用来比较2个字符串的。比较方式是：从第一个字符开始，一个一个往后比，直到遇到第一对不同的字符或者都遇到\0。如果遇到第一对不同的字符，则比较其ASCII码值，哪个大，对应的字符串就更大；如果都遇到\0，则2个字符串相等。函数会根据不同的大小关系返回不同的值，当str1>str2时，返回一个正整数；如果str1<str2，返回一个负整数；如果str1==str2，返回0。

根据以上的描述，可以模拟实现，如下：

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;
}

strcmp总结：

strcmp是用来比较2个字符串的大小的。
假设从左到右2个参数分别是str1和str2。如果str1>str2，返回正整数；如果str1<str2，返回负整数；如果str1==str2，返回0。
比较时，是根据从2个字符串的第一个字符开始比较，向后比，直到遇到不同的字符或者都遇到\0。如果遇到不同的字符，则ASCII码值大的字符对应的字符串更大；如果都遇到\0，则2个字符串相等。
2个字符串结尾都应该有\0，没有的话，会一直向后比较字符，如果都相等，会一直比下去。

总结

strlen是用来求字符串长度的，统计的是\0之前出现的字符个数。
strcpy是用来拷贝字符串的。有2个参数，目标空间在前面，源字符串在后面；strcat是用来追加字符串的，也是2个参数，目标字符串在前面，源字符串在后面，比strcpy多了1个步骤，即先在目标空间中找到\0，再拷贝。
strcmp是用来比较字符串的。前面字符串和后面字符串比较，如果前面大会返回正整数，前面小会返回负整数，前后相等返回0。