C语言string函数有哪些常用功能？

在 C 语言中，字符串被表示为一个以空字符 '\0' 结尾的字符数组。string.h (或其旧称 strings.h) 头文件提供了大量用于操作这些字符串的函数。

核心概念：'\0' (空字符)

这是理解所有字符串函数的基石，字符串的长度由函数计算，直到遇到第一个 '\0' 为止，字符串 "hello" 在内存中实际存储的是 {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}。

计算字符串长度

strlen

• 函数原型: size_t strlen(const char *str);
• 功能: 计算字符串的长度。
• 参数: str - 指向字符串的指针。
• 返回值: 返回字符串的长度，不包括结尾的 '\0'，如果传入的指针是 NULL，会导致程序崩溃（未定义行为）。
• 特点: 它会一直向后遍历字符，直到找到 '\0' 为止。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str1[] = "Hello, World!";
    char str2[] = "C";
    printf("The length of '%s' is %zu\n", str1, strlen(str1)); // 输出 13
    printf("The length of '%s' is %zu\n", str2, strlen(str2)); // 输出 1
    // 注意 sizeof 和 strlen 的区别
    // sizeof 计算的是整个数组的大小（包括 '\0'）
    printf("The size of str1 is %zu\n", sizeof(str1)); // 输出 14
    return 0;
}

字符串拷贝与拼接

strcpy

• 函数原型: char *strcpy(char *dest, const char *src);
• 功能: 将源字符串 src 拷贝到目标字符数组 dest 中。
• 参数:
  • dest: 目标字符数组，必须有足够的空间来容纳 src 的内容（包括 '\0'）。
  • src: 源字符串，用 const 修饰,表示不会修改它。
• 返回值: 返回指向 dest 的指针。
• ⚠️ 重要警告: strcpy 不检查 dest 的大小，src 比 dest 长，会导致缓冲区溢出,这是严重的安全漏洞。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char src[] = "Hello";
    // dest 必须足够大，至少是 strlen(src) + 1
    char dest[10]; // 6个字符 + '\0' = 7，10足够
    strcpy(dest, src);
    printf("Copied string: %s\n", dest); // 输出 Hello
    // 危险示例！
    // char small_dest[5];
    // strcpy(small_dest, src); // 这会导致缓冲区溢出，未定义行为
    return 0;
}

strncpy

• 函数原型: char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);
• 功能: 拷贝最多 n 个字符从 src 到 dest。
• 参数:
  • dest: 目标字符数组。
  • src: 源字符串。
  • n: 要拷贝的最大字符数。
• 返回值: 返回指向 dest 的指针。
• 特点:
  1. strlen(src) < n，dest 的剩余部分会用 '\0' 填充。
  2. strlen(src) >= n，dest 不会自动添加 '\0'，这可能导致 dest 不是一个合法的字符串。
• 用途: 比 strcpy 安全，因为它限制了拷贝的字符数,但仍需谨慎使用。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char src[] = "Hello";
    char dest1[10];
    char dest2[5];
    // 情况1: n > strlen(src)
    strncpy(dest1, src, 8);
    // dest1 会是 "Hello\0\0\0" (后面的'\0'由strncpy填充)
    printf("strncpy with n > len: %s\n", dest1);
    // 情况2: n <= strlen(src)
    strncpy(dest2, src, 3);
    // dest2 会是 "Hel" (注意！没有'\0')
    // 为了安全，最好手动添加
    dest2[3] = '\0';
    printf("strncpy with n <= len: %s\n", dest2);
    return 0;
}

strcat

• 函数原型: char *strcat(char *dest, const char *src);
• 功能: 将源字符串 src 拼接到目标字符串 dest 的末尾。
• 参数:
  • dest: 目标字符串，必须有足够的空间来容纳拼接后的新字符串（包括 '\0'）。
  • src: 要拼接的源字符串。
• 返回值: 返回指向 dest 的指针。
• ⚠️ 重要警告: 和 strcpy 一样，strcat 不检查 dest 的剩余空间,容易导致缓冲区溢出。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char dest[20] = "Hello, ";
    char src[] = "World!";
    strcat(dest, src);
    printf("Concatenated string: %s\n", dest); // 输出 Hello, World!
    return 0;
}

strncat

• 函数原型: char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);
• 功能: 将 src 的前 n 个字符拼接到 dest 的末尾。
• 参数:
  • dest: 目标字符串。
  • src: 源字符串。
  • n: 要拼接的最大字符数。
• 返回值: 返回指向 dest 的指针。
• 特点: 它会保证在拼接后的字符串末尾添加一个 '\0'，这比 strncpy 更安全一些。
• 注意: 目标数组 dest 的大小至少需要是 strlen(dest) + n + 1。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char dest[15] = "Hello, "; // 长度为 7
    char src[] = "World!";    // 长度为 6
    // 最多拼接 3 个字符
    strncat(dest, src, 3);
    printf("Concatenated string: %s\n", dest); // 输出 Hello, Wor
    return 0;
}

字符串比较

strcmp

• 函数原型: int strcmp(const char *str1, const char *str2);
• 功能: 比较两个字符串的字典顺序。
• 参数: str1, str2 - 要比较的两个字符串。
• 返回值:
  • 小于 0: 表示 str1 小于 str2。
  • 等于 0: 表示 str1 等于 str2。
  • 大于 0: 表示 str1 大于 str2。
• 比较规则: 逐个字符比较其 ASCII 码值，直到遇到不同的字符或 '\0'。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str1[] = "apple";
    char str2[] = "banana";
    char str3[] = "apple";
    printf("strcmp(str1, str2): %d\n", strcmp(str1, str2)); // 输出负数
    printf("strcmp(str2, str1): %d\n", strcmp(str2, str1)); // 输出正数
    printf("strcmp(str1, str3): %d\n", strcmp(str1, str3)); // 输出 0
    return 0;
}

strncmp

• 函数原型: int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t n);
• 功能: 比较两个字符串的前 n 个字符。
• 参数: str1, str2 - 要比较的字符串，n - 比较的最大字符数。
• 返回值: 与 strcmp 相同。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str1[] = "apple pie";
    char str2[] = "apple juice";
    // 只比较前 5 个字符
    printf("strncmp(str1, str2, 5): %d\n", strncmp(str1, str2, 5)); // 输出 0
    // 比较 6 个字符
    printf("strncmp(str1, str2, 6): %d\n", strncmp(str1, str2, 6)); // 输出负数 ('p' < 'j' 是错误的，应该是 ' ' < 'j'，所以是负数)
                                                                   // ' ' (空格) 的 ASCII 是 32, 'j' 是 106，str1 < str2, 返回负数。
    return 0;
}

字符串查找

strchr

• 函数原型: char *strchr(const char *str, int c);
• 功能: 在字符串 str 中查找字符 c（c 会被转换为 char）的第一次出现。
• 参数:
  • str: 要搜索的字符串。
  • c: 要查找的字符。
• 返回值:
  • 如果找到,返回指向该字符的指针。
  • 如果未找到，返回 NULL。
• 注意: 查找包括 '\0' 本身。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    char *ptr;
    ptr = strchr(str, 'W');
    if (ptr != NULL) {
        printf("Found 'W' at position: %ld\n", ptr - str); // 输出 7
    }
    ptr = strchr(str, 'x');
    if (ptr == NULL) {
        printf("'x' not found in the string.\n");
    }
    return 0;
}

strstr

• 函数原型: char *strstr(const char *haystack, const char *needle);
• 功能: 在字符串 haystack（草堆）中查找子字符串 needle（针）的第一次出现。
• 参数:
  • haystack: 要搜索的主字符串。
  • needle: 要查找的子字符串。
• 返回值:
  • 如果找到，返回指向子字符串在 haystack 中起始位置的指针。
  • 如果未找到，返回 NULL。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char haystack[] = "This is a simple string";
    char *ptr;
    ptr = strstr(haystack, "simple");
    if (ptr != NULL) {
        printf("Found 'simple' starting at: %ld\n", ptr - haystack); // 输出 10
        printf("The rest of the string is: %s\n", ptr); // 输出 simple string
    }
    return 0;
}

其他常用函数

strtok

• 函数原型: char *strtok(char *str, const char *delim);
• 功能: 将字符串分割成一个个的“标记”（tokens）。
• 参数:
  • str: 要被分割的字符串。第一次调用时传入该字符串，之后调用时传入 NULL。
  • delim: 包含所有分隔符的字符串。
• 返回值: 返回指向下一个标记的指针，当没有更多标记时返回 NULL。
• ⚠️ 重要警告: strtok 会修改原始字符串，用 '\0' 替换分隔符，它是非线程安全的，并且会记住上次调用的状态（通过静态变量）。

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "This,is,a,test,string";
    char *token;
    // 第一次调用，传入字符串
    token = strtok(str, ",");
    while (token != NULL) {
        printf("%s\n", token);
        // 后续调用，传入 NULL
        token = strtok(NULL, ",");
    }
    // str 现在被修改了: "This\0is\0a\0test\0string"
    // printf("Original str after strtok: %s\n", str);
    return 0;
}

总结与现代替代方案

对于现代 C 开发，强烈推荐使用更安全的函数，如 strncpy, strncat，并始终确保目标缓冲区足够大，在编写新代码时，考虑使用长度限制的函数或 C++ 的 std::string 等更高级的抽象可以大大提高程序的健壮性和安全性。