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字串與記憶體函式

2021-04-27 18:20:11 軟體設計

文章目錄

  • 前言
  • 字串長度函式[`strlen`](http://www.cplusplus.com/reference/cstring/strlen/)
    • 1.`strlen`的使用(接收地址)
    • 2.使用`strlen`的小坑
    • `strlen`的模擬(計數法 遞回 指標相減)
      • 01 計數法
      • 02 遞回法
      • 03 指標相減法
  • 長度不受限制的字串函式
    • `strcpy`
      • 模擬實作`strcpy`
    • `strcat`
        • 提醒: 追加原理是首先找到destination的\0,然后在\0上追加source
          • 提醒:如果自己給自己追加會崩潰.因為\0被覆寫了
      • `strcat`的模擬實作
    • `strcmp`
      • `strcmp`模擬實作
  • 長度受限制的函式
    • `strncpy`
      • 模擬實作`strncpy`
    • `strncat`
      • 模擬實作`strncat`
    • `strncmp`
      • `strncmp`的模擬實作
  • 字串的查找
    • `strstr`功能是查找一個字串是否是另一個字串的子串.
      • 模擬實作`strstr`
    • `strtok`
      • 示例1:
      • 巧妙用法示例2:
  • 錯誤資訊報告
    • `strerror`
      • 示例1:
      • 示例2:
  • 字符分類函式(需要引入`


前言

C語言中對字符和字串的處理很是頻繁,但是C語言本身是沒有字串型別的,字串通常放在 常量字串 中

或者 字符陣列 中, 字串常量 適用于那些對它不做修改的字串函式.

因此此篇文章便是介紹字符和字串函式的使用與注意事項.


字串長度函式strlen

1.strlen的使用(接收地址)

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
 	char arr1[] = "abcdefg";
    char arr2[] = {'a','b','c','d','e','f','g'};
    printf("%d",strlen(arr1));
    printf("%d",strlen(arr2));
    return 0;
}

上面的結果是:

7

隨機值 (因為strlen接收首元素地址然后向后查找到\0停止,但是arr2并沒有\0結尾,隨意是隨機值)

2.使用strlen的小坑

下面一段代碼,你覺得答案是多少??

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
const char*str1 = "abcdef";
const char*str2 = "bbb";
if(strlen(str2)-strlen(str1)>0)
{
	printf("str2>str1\n");
} 
else
{
	printf("srt1>str2\n");
}
return 0; }

結果是什么呢???

答案是:str2>str1

因為strlen的回傳值是無符號整型,所以無符號減去無符號一定是大于等于0的

strlen的模擬(計數法 遞回 指標相減)

01 計數法

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

02 遞回法

size_t my_strlen(char* str)
{
    if (*str != 0)
    {
        return 1 + my_strlen(++str);
    }
    return 0;
}

03 指標相減法

size_t my_strlen(char* str)
{
    char* ret = str;
    while(*str) str++;
    return str-ret;
}

長度不受限制的字串函式

strcpy

官方寫法 char* strcpy(char* strDestination, const char* strSource);

即第一個引數是目的地地址,第二個引數源地址,

例子:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char arr1[] = "abcdef";
 char arr2[] = "FF";
 strcpy(arr1,arr2);
 printf("%s",arr1);
 return 0; 
}

結果: FF

注意點: 這里的復制其實并不是真正的復制,準確的說是覆寫,即把arr2的所有內容(包括\0)都覆寫到arr1對應位置,也就是說

雖然列印出來arr1FF,但是實質上arr1等于FF\0def 不信看下面的圖

image-20210424224550416

注意事項:

  • 源字串必須以 ‘\0’ 結束,,如果原字串沒有\0,就會一直拷貝原字串地址后面的所有內容,直到找到為0

  • 會將源字串中的 ‘\0’ 拷貝到目標空間,

  • **目標空間必須足夠大,以確保能存放源字串,**如果目標空間不夠大,則會導致源字串拷貝不進去;

  • 目標空間必須可變,即目標空間沒有 const修飾

模擬實作strcpy

char* my_strcpy(const char* destination,const char* source)
{
    assert(destination && source);
    while(*(char*)destination++ = *(char*)source++) ;
    return destination;
}

strcat

官方寫法 char* strcat( char* strDestination, const char *strSource);

即第一個引數是目的空間 第二個引數是原始碼空間

使用例子:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
 char arr1[10] = "abcd";
 char arr3[] = "ABCD";
 my_strcpy(arr1, arr3);
 printf("%s", arr1);
 return 0;
}

答案: abcdABCD

但是如果這樣呢

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
 char arr1[] = "abcd";
 char arr3[] = "ABCD";
 my_strcpy(arr1, arr3);
 printf("%s", arr1);
 return 0;
}

答案:

報錯!!! 因為目標空間arr1大小不夠裝下再追加,所以我么在使用strcat時候一定要注意目標空間的大小,同時源字串一定要\0結尾

提醒: 追加原理是首先找到destination的\0,然后在\0上追加source

比如下面

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
 char arr1[11] = "ab\0dxxxxxx";
 char arr3[] = "ABCD";
 strcat(arr1,arr3);
 printf("%s", arr1);
 return 0;
}

image-20210424231813168

我們可以看到arr1ab\0dxxxxxx變成了abABCD\0xxx

因為他是找到第一個\0,然后在\0上追加.

提醒:如果自己給自己追加會崩潰.因為\0被覆寫了

總結:

  • 源字串必須以 ‘\0’ 結束,

  • 目標空間必須有足夠的大,能容納下源字串的內容,

  • 目標空間必須可修改,

strcat的模擬實作

char* ,my_strcat(char* strDestination, const char* strSource)
{
    char* ret = strDestination;
    /*先找到目標空間的\0*/
    while(*strDestination) strDestination++;
    /*開始追加*/
    while(*strDestination++= *(char*)strSource++);
    return ret;
}

strcmp

如果有下面的題:

#include <stdio.h>
int main()
{
    char* p1 = "abcdef";
    char* p2 = "aqwer";
    if(p1 < p2) printf("-1\n"); 
    if(p1 == p2) printf("0\n");
    if(p1 > p2) printf("1\n");
    return 0;
}

答案: 0

你會發現,p1p2并沒有真正的再比較全部字符,而是比較了第一個字符部分.

因此我們想要真正的比較字串就需要一個函式: -----> strcmp

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

  1. 如果第一個字串大于第二個字串,則回傳大于0數字
  2. 如果第一個字串等于第二個字串,則回傳0
  3. 如果第一個字串小于第二個字串,則回傳小于0數字

例如:

#include <stdio.h>
int main()
{
    char* p1 = "abcdef";
    char* p2 = "aqwer";
    char* p3 = "aavd";
    char* p4 = "abcdef";
    printf("%d\n", strcmp(p1, p2));
    printf("%d\n", strcmp(p1, p3));
    printf("%d\n", strcmp(p1, p4));
    return 0;
}

image-20210425093851959


strcmp模擬實作

int my_strcmp(const char* arr1, const char* arr2)
{
    while (*(char*)arr1 && (*(char*)arr1 == *(char*)arr2))
    {
        (char*)arr1++;
        (char*)arr2++;
    }
    if (!*(char*)arr1) return 0;
    /*當跳出回圈就表示碰到不一樣的了,所以回傳差值*/
    return *(char*)arr1 - *(char*)arr2;
}

長度受限制的函式

前面的三個不受長度限制的函式有局限性:

比如strcpy:------->源字串需要末尾有\0,且必須拷貝\0結束,不關心是否目的地裝得下源字串,撐爆就報錯

? strcat:------->源字串需要末尾有\0,且必須追加\0結束,不關心是否目的地裝得下源字串,撐爆就報錯

? strcmp:------->源字串需要末尾有\0,且必須比較\0結束,不關心是否目的地裝得下源字串,撐爆就報錯

因此,變有了下面的與前三者功能相似,但是可以控制數量的長度受限函式

strncpy

用法與strcpy一樣,但是多了個引數 size_t count,即需要拷貝的字符數量

char * strncpy ( char * destination, const char * source, size_t count );

用法:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char arr1[] = "abcdefg";
    char arr2[] = "XXXX";
    strncpy(arr1,arr2,3);
    printf("%s",arr1);
    return 0;
}

答案: XXXdefg

你會看到,并沒有再把arr2\0給放進arr1

**注意點:**當count的數量大于arr2的長度時候,會自動用\0補數,比如:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char arr1[] = "abcdefghijklmnopq";
    char arr2[] = "XXXX";
    strncpy(arr1,arr2,15);
    printf("%s",arr1);
    return 0;
}
image-20210425100918702

可以清楚的看到arr1里面的內容:自動補充了很多\0

模擬實作strncpy

char* my_strncpy(char* str1, const char* str2, size_t count)
{
    char* ret = str1;
    while (count&& (*str1++ = *(char*)str2++)) count--;
    if (count)
        /*--count 是因為str1已經為\0,不再需要繼續賦值\0,所以先減一下*/
        while (--count) *str1++ = '\0';
    return ret;
}

strncat

用法與strcat一樣,但是多了個引數 size_t count,即需要追加的字符數量

char * strncat ( char * destination, const char * source, size_t count );

用法示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char arr1[50] = "abcdef\0abcdefghilj";
    char arr2[] = "XXXX";
    strncat(arr1, arr2, 15);
    printf("%s", arr1);
    return 0;
}

答案:abcdefXXXX

而當count>arr2時,就不再管

image-20210425103847207

模擬實作strncat

char* my_strncat(char* str1, const char* str2, size_t count)
{
    char* ret = str1;
    while (*str1) str1++;
    while (count-- && (*str1++ = *(char*)str2++));
    return ret;
}

strncmp

int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t num );

用法與前面一樣,我就不再贅述怎么用,直接開始模擬

strncmp的模擬實作

int my_strncmp(const char* str1, const char* str2, size_t num)
{
    while (num-- && *str1 && (*str1 == *str2))
    {
        str1++;
        str2++;
    }
    return *(char*)str1 - *(char*)str2;
}

字串的查找

strstr功能是查找一個字串是否是另一個字串的子串.

  • 并且如果找到就回傳在目的地中源字串的第一個地址,找不到就回傳空指標(NULL)

例如 :

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

int main ()
{
char str[] ="This is a simple string";
char * pch;
pch = strstr (str,"simple");
if (pch != NULL)
 strncpy (pch,"sample",6);
puts (str);
return 0;
}

結果: This is a simple string,可以看見,雖然前面呼叫了strncpy但是對str好像并沒有影響,因為pch是將接收的是str中的simple首地址.即S

模擬實作strstr

char* my_strstr(const char* dest,const char* src)
{
    /*第一步,一一比較.當src都比較完了(*src等于\0),則說明是子串*/
	while(*dest)  //確保dest每個字符后面的字串與src匹配
    {
        char* ret = dest;
        //一一比對,當src等于\0,說明全部比對完成.
        while((*ret == *src) && (*src!='\0')) 
        {
            ret++;
            src++;
        }
        if(!*src) return dest;
        (char*)dest++;
    }
    return NULL;
}

像上面這樣真的完畢了嗎??? 我們似乎只處理了 像下面一樣的例子:

目標:"abcdefg"

源串: "cdef"

那么,還有什么不一樣的例子我們沒有考慮到呢???哦??好像是這個

目標: "abcdefg"

源串: "defghi"

而且好像還有這個

目標: "ABCDDDEFGH"

源串: "DDEFG" 這種情況如果只用最開始模擬的情況,則會回傳空指標.

所以針對第二種與第三種情況,內層回圈還應該有另外一個條件,即*dest ! = '\0' .

并且,每個字符后面的字串比較完畢,指標又回傳到所比較字串開頭.因此,添加以下代碼

char* my_strstr(const char* dest, const char* src)
{
    char* s1;
    char* s2;
    char* cur = (char*)dest;
    /*第一步,一一比較.當src都比較完了(*src等于\0),則說明是子串*/
    while (*cur)  //確保dest每個字符后面的字串與src匹配
    {
        s1 = (char*)cur;
        s2 = (char*)src;
        //一一比對,當src等于\0,說明全部比對完成
        while ((*s1 != '\0') && (*s2 != '\0')&&(*s1 == *s2))
        {
            s1++;
            s2++;
        }
        if (!*s2)  return cur;
        cur++;
    }
    return NULL;
}

另外,對于求子字串的演算法還有KMP,可以參考一位大佬的文章KMP

strtok

字串分割函式,即目標字串通過設定的分割符進行分割出來

官方寫法: char * strtok ( char * str, const char * delimiters );

第一個引數是目標**被分割字串,第二個引數是分隔符集合**

用法:

  1. 傳入一份臨時拷貝的字串給str,因為不想要源字串被真正的分割.
  2. 對于同一個字串,第一次呼叫,必須傳入地址,第二次以及多次傳入NULL
  3. 對于strtok的妙用一般是使用for回圈.
  4. 未分割完時,回傳值是被分割的小段字串的首地址,分割完時,回傳NULL

示例1:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char str[] = "www.123pao@qq.com/cn";
    char delimiters[] = ".@/";
    printf("%s\n",strtok(str,delimiters));
    printf("%s\n",strtok(NULL,delimiters));
    printf("%s\n",strtok(NULL,delimiters));
    printf("%s\n",strtok(NULL,delimiters));
    return 0;
}

結果image-20210425192041634

巧妙用法示例2:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char str[] = "www.123pao@qq.com/cn";
    char delimiters[] = ".@/";
    char* p;
	for(p = strtok(str,delimiters);p != NULL;p = strtok(NULL,delimiters))
    {
        printf("%s\n",p);
    }
    return 0;
}

結果:image-20210425192454678

錯誤資訊報告

strerror

官方寫法: char * strerror ( int errnum ) 即輸入一個代表錯誤碼的整數,然后會回傳錯誤資訊

示例1:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    printf("%s\n",strerror(0));
    printf("%s\n",strerror(1));
    printf("%s\n",strerror(2));
    printf("%s\n",strerror(3));
    return 0;
}

結果:image-20210425193132581

但是這個函式我們經常用在哪里呢???,答案是配合errno使用

  • errno是一個全域的錯誤碼變數
  • 當C語言庫函式在執行程序中,發生錯誤,就會把對應錯誤碼,賦值到errno中.

示例2:

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main()
{
    FILE* pf = fopen("text.txt","r");//隨便寫的一個檔案名,并不存在.
    if(pf == NULL) printf("%s",strerror(errno));
    else printf("打開成功!!!!!!!");
    return 0;
}

結果:image-20210425193756133

字符分類函式(需要引入<ctype.h>)

iscntrl 任何可控字符

isspace 空白字符:空格, \f(換頁), \n(換行),\t(水平制表符),\r(回車),\v(錘子制表符)

isdigit 檢驗十進制數字 0 ~ 9

isxdigit 檢驗16進制數字 0 ~ F

islower 檢驗是否是小寫字母 a ~ z

isupper 檢驗是否是大寫字母 A ~ Z

isalpha 檢驗是都是字母 a ~ z 和 A ~ Z

isalnum 檢驗是否是數字和字符 0~9 a~z A~Z

驗證:隨機用幾個函式示范
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main()
{
    char num[] = "abEF 123";
    printf("%d\n",islower(num[0]));
    printf("%d\n",isupper(num[2]));
    printf("%d\n",isdigit(num[5]));
    return 0;
}

結果:

2 1 4

但是不同電腦可能不同結果.因為只要符合就回傳的是 非零數

字符轉換函式(tolowertoupper)

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char a[] = "abcdef";
    char b[] = "ASDFG";
    for (int i = 0; i < strlen(a); i++)
    {
        printf("%c",toupper(a[i]));
    }
    printf("\n");
    for (int i = 0; i < strlen(b); i++)
    {
        printf("%c", tolower(b[i]));
    }
    printf("\n");
    return 0;
}
image-20210425224720955

記憶體函式

上面我已經敘述了很多的關于字串的處理函式

包括以下:

strlen strcpy strcat strcmp strncpy strncat strncmp strstr strtok

字符分類函式 字符轉換 函式

但是我們能夠明顯的發現,我們都是局限在處理 字串 上面,并不能處理其他的型別.

比如我需要復制一份陣列,如果我們用strcpy試試.

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    int num1[] = {1,3,5,7,9};
    int num2[5] = {0}; //初始化為0
    strcpy(num2,num1);
    for(int i= 0;i<5;i++)
    {
        printf("%d\n", num[i]);
    }
    return 0;
}

結果:

1

0

0

0

0

原因: strcpy 是一個位元組一個位元組進行復制的,而我們的計算機大部分都是小端存盤.

即陣列num1的存放結構如圖;

image-20210425230800407

所以當strcpy復制了01 之后,后面就是0,便停止了復制.而目的陣列num2本就是全部為0,所以當第一個位元組被復制一份01以后,num2[0]的值就是1,而后面都沒有復制,所以全是0

因此,我們引入了記憶體處理函式,主要是下面幾個 :

memcpy memmove memcmp memset

memcpy的使用與模擬

官方檔案:void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num );

第一個引數: 目的地地址

第二個引數: 源字串地址

第三個引數: 位元組數量

memcpy使用例子;

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    int num1[5] = { 8,8,8,8,8 }; //初始化為0
    int num2[5] = { 1,3,5,7,9 };
    memcpy(num1, num2, 12); // 12個位元組就是3個整數
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("%d ", num1[i]);
    }
    return 0;
}

結果:image-20210425231934932****

成功復制!!!

memcpy的模擬實作

其實這個模擬還是比較簡單的(相比于qsort的模擬),因為都用到了 萬能指標void*,接收一切

在我么實作這個函式之前,我們需要首先確定他是怎么復制的…前面已經說過,是一個位元組一個位元組復制的.那么我們肯定需要一個回圈,且回圈20次,但是接收的引數都是指標,而且 目的地還是 void*指標,那么怎么連接上 第三個引數第一個引數呢?,答案是 字符指標

因為一個字符指標的跳躍性就是 一個位元組,剛好符合 size_t num

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t num)
{
    char* ret = dest;
    while (num--)
    {
        *(char*)dest = *(char*)src;
        ++(char*)dest; 
        //之所以前置++,是因為結合性++高于(型別轉化),而dest與src都是void*
        //不能加減,所以就會報錯,所以變成前置++
        ++(char*)src;
    }
    return ret;
}

memmove的使用與模擬

官方檔案: void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num );

用法與memcpy一模一樣.這里就不再贅述.

那么他的功能是什么呢?? 他的功能也與memcpy一模一樣,那我們還學習什么呢??

那么,如果我們用自己寫的函式 my_memcpy實作把自己的一部分復制到另一部分去呢???

比如下面例子:

int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

如果我想把 1 2 3 4 5 放到 4 5 6 7 8的位置呢??如果使用自己實作的my_memcpy答案是這樣的 1 2 3 1 2 3 1 2 9 10

為什么呢??因為當空間重疊時候,自己去復制自己時候,有一部分就會被覆寫,如圖

image-20210426000255608

memmove的作用就是來實作重疊空間復制

演算法描述:

那么重疊空間我們怎么來實作進行復制呢???

很簡單,我們倒著來放.比如剛才的1 2 3 4 5 放到 4 5 6 7 8,

我們從后開始,先把5 放到 8位置-------> 4放到 7位置----->3放到6位置------>2放到5位置------->1放到4位置

問題1 :

所有的都可以這樣嗎?? 那我如果想要把4 5 6 7 8 放到1 2 3 4 5位置呢???如果倒著放,就會又混亂.因此我們是需要分情況進行設計的.

情況1:

目的位置在源位置之后,比如1 2 3 4 5是源位置,1就是源首地址. 而4 5 6 7 8是目的地址,而4就是目的首地址.這符合目的位置在原位置之后,就采用 從后向前復制

而這種情況的難點就是怎么找最后一個元素最后一個位元組位置

答案是 dest+num-1src + num -1,為何??見圖:

image-20210426003118798

情況2:

除去情況1 的情況,就都采用 挨著順序復制

模擬:

void* my_memmove(void* dest,const void* src,size_t num)
{
    char* ret = dest;
    if(dest > src)
    {
        while(num--)
        {
            //因為這里已經減了一次,所以不再需要num-1;
            *((char*)dest + num) = *((char*)src + num);
        }
    }
    else
    {
        while(num--)
        {
            *(char*)dest = *(char*)src;
            ++(char*)dest; 
            ++(char*)src;
        }
    }
    return ret;
}
有人會問:那么我偏要用memcpy進行重疊空間試試,行嘛??行!!!

在最底層,memcpy實際上是與memmove一模一樣的.都可以復制 重疊行與非重疊性的空間,但是為什么我們要弄兩個呢>

解釋:

在c語言標準里面:

memcpy只需要實作不重疊空間復制

memmove只需要實作重疊空間復制

懂了嗎???也就是說,他們都是超額完成了自己任務,我們去模擬,只是為了掌握演算法與思想

所以才分開了memcpymemmove進行模擬

memcmp`的使用與模擬

官方檔案: int memcmp ( const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num );

第一個引數: 目的地地址

第二個引數: 源目標地址

第三個引數: 直接數量

使用: 與前面所講的大致一樣.不再一 一贅述,此處只講模擬.在模擬之前建議再看看此文上面的strcmp,有異曲同工之妙

memcmp模擬

int my_memcmp(const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num)
{
    while(num-- && (*(char*)ptr1 == *(char*)ptr2))
    {
        ++(char*)ptr1;
        ++(char*)ptr2; //為什么前置++,之前strcmp講解過
    }
    return *(char*)ptr1 - *(char*)ptr2;
}

memset的使用及注意事項

官方檔案: void * memset ( void * ptr, int value, size_t num );

第一個引數: 目標地址

第二個引數: 某個確定的字符

第三個引數: 位元組數量.

使用:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char str[10];
    memset(str,'*',sizeof(str));
    for(int i = 0;i<10;i++)
    {
        printf("%c ",str[i]);
    }
    return 0;
}

結果:image-20210426143559406

錯誤使用注意事項:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char str[10];
    int num[10];
    memset(str,10,sizeof(str));
    memset(num,10,sizeof(str));
    printf("這是字符陣列內容--------------------------------\n")
    for(int i = 0;i<10;i++)
    {
        printf("%d ",str[i]);
    }
    printf("這是整型陣列內容--------------------------------\n")
    for(int i = 0;i<10;i++)
    {
        printf("%d ",num[i]);
    }
    return 0;
}

結果:image-20210426144022699

會發現整型陣列與我們想象的不一樣,因為一個整型陣列是4個位元組.

memset是針對位元組操作的.所以注意,一般我們只是用于整型陣列初始化為0,或者-1,這才是準確的

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