C语言字符函数和字符串函数全解析：从使用到模拟实现-EW帮帮网

在C语言编程中，字符和字符串的处理是非常核心的操作。为了简化这些操作，C语言标准库提供了一系列实用的字符函数和字符串函数。本文将全面讲解这些函数的使用方法、注意事项，并通过模拟实现帮助大家深入理解其底层逻辑。

一、字符分类函数

字符分类函数用于判断字符的类型（如是否为数字、字母、空白字符等），这些函数都声明在 <ctype.h> 头文件中。

常用字符分类函数列表

函数名	功能描述
`iscntrl`	判断是否为控制字符（如换行符、制表符）
`isspace`	判断是否为空白字符（空格、换页`\f`、换行`\n`、回车`\r`、制表符`\t`、垂直制表符`\v`）
`isdigit`	判断是否为十进制数字（0~9）
`isxdigit`	判断是否为十六进制数字（0_9、af、A~F）
`islower`	判断是否为小写字母（a~z）
`isupper`	判断是否为大写字母（A~Z）
`isalpha`	判断是否为字母（a_z或AZ）
`isalnum`	判断是否为字母或数字
`ispunct`	判断是否为标点符号（非字母/数字的可打印图形字符）
`isgraph`	判断是否为图形字符（可打印且非空白）
`isprint`	判断是否为可打印字符（含图形字符和空白）

函数特点

所有字符分类函数的参数为 int c（字符的ASCII码），返回值为：

非0整数：表示满足条件（真）
0：表示不满足条件（假）

示例：使用`islower`判断小写字母

下面代码将字符串中的小写字母转为大写，其他字符不变：

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>  // 包含字符分类函数声明

int main() 
{
    int i = 0;
    char str[] = "Test String.\n";
    char c;
    while (str[i]) 
    {  // 遍历字符串直到'\0'
        c = str[i];
        if (islower(c))  // 判断是否为小写字母
            c -= 32;  // 小写转大写（ASCII码差值）
        putchar(c);
        i++;
    }
    return 0;
}

输出结果：TEST STRING.

二、字符转换函数

C语言提供了两个常用的字符转换函数，同样声明在 <ctype.h> 中：

函数名	功能描述
`tolower(int c)`	将大写字母转为小写（非大写字母返回原字符）
`toupper(int c)`	将小写字母转为大写（非小写字母返回原字符）

示例：使用`toupper`转换小写字母

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main() 
{
    int i = 0;
    char str[] = "Test String.\n";
    char c;
    while (str[i]) 
    {
        c = str[i];
        if (islower(c))
            c = toupper(c);  // 使用转换函数更简洁
        putchar(c);
        i++;
    }
    return 0;
}

输出结果：TEST STRING.

三、字符串长度函数`strlen`

strlen用于计算字符串的长度（不含结束符\0），声明在 <string.h> 中。

函数原型

size_t strlen(const char *str);  // size_t是无符号整数类型

关键特性

字符串必须以\0结尾，否则结果不确定；
返回值为size_t（无符号），注意比较时的坑（见示例）；
计算的是\0之前的字符个数。

使用示例

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

int main() 
{
    const char* str1 = "abcdef";  // 长度6
    const char* str2 = "bbb";     // 长度3
    
    // 易错点：无符号数相减
    if (strlen(str2) - strlen(str1) > 0)  // 3-6 = -3，无符号下为大正数
        printf("str2>str1\n");  // 实际会执行这里
    else
        printf("str1>str2\n");
    return 0;
}

输出结果：str2>str1（因无符号数特性导致的逻辑错误）

模拟实现`strlen`

方式1：计数器法

#include <stdio.h>
#include <assert.h>  // 用于断言

int my_strlen(const char* str) 
{
    assert(str != NULL);  // 确保指针非空
    int count = 0;
    while (*str) 
    {  // 当*str为'\0'时终止
        count++;
        str++;  // 指针后移
    }
    return count;
}

方式2：递归法（无临时变量）

int my_strlen(const char* str) 
{
    assert(str);
    if (*str == '\0')
        return 0;
    else
        return 1 + my_strlen(str + 1);  // 递归累加
}

方式3：指针-指针法

int my_strlen(const char* str) 
{
    assert(str);
    const char* start = str;  // 记录起始地址
    while (*start != '\0')
        start++;  // 移动到'\0'位置
    return start - str;  // 地址差值即长度
}

四、字符串拷贝函数`strcpy`

strcpy用于将源字符串拷贝到目标空间，声明在 <string.h> 中。

函数原型

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

关键特性

源字符串必须以\0结尾，且会将\0一同拷贝；
目标空间必须足够大（能容纳源字符串）；
目标空间必须可修改（不能是常量字符串）；
返回目标空间的起始地址。

模拟实现`strcpy`

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

char* my_strcpy(char* dest, const char* src) 
{
    assert(dest != NULL && src != NULL);  // 检查指针有效性
    char* ret = dest;  // 保存目标起始地址
    // 循环拷贝，直到拷贝'\0'后终止
    while ((*dest++ = *src++)) 
    {
        ;  // 空语句，逻辑在表达式中完成
    }
    return ret;  // 返回目标地址
}

五、字符串追加函数`strcat`

strcat用于将源字符串追加到目标字符串末尾，声明在 <string.h> 中。

函数原型

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

关键特性

源字符串必须以\0结尾；
目标字符串必须以\0结尾（否则无法确定追加起始位置）；
目标空间必须足够大（容纳原目标+源字符串）；
目标空间必须可修改；
字符串不能自己追加自己（会覆盖\0导致死循环）。

模拟实现`strcat`

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

char* my_strcat(char* dest, const char* src) 
{
    assert(dest && src);
    char* ret = dest;
    // 1. 移动目标指针到'\0'位置
    while (*dest) 
    {
        dest++;
    }
    // 2. 拷贝源字符串到目标末尾（含'\0'）
    while ((*dest++ = *src++)) 
    {
        ;
    }
    return ret;
}

六、字符串比较函数`strcmp`

strcmp用于比较两个字符串的大小，声明在 <string.h> 中。

函数原型

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

比较规则

从第一个字符开始逐个比较ASCII码值；
若字符不同，返回差值（str1字符 - str2字符）；
若所有字符相同且都到\0，返回0；
标准规定：
- 返回>0：str1 > str2
- 返回=0：str1 == str2
- 返回<0：str1 < str2

模拟实现`strcmp`

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

int my_strcmp(const char* str1, const char* str2) 
{
    assert(str1 && str2);
    // 比较字符，直到不同或遇到'\0'
    while (*str1 == *str2) 
    {
        if (*str1 == '\0')  // 都到'\0'，相等
            return 0;
        str1++;
        str2++;
    }
    // 返回差值
    return *str1 - *str2;
}

七、受限字符串拷贝函数`strncpy`

strncpy是strcpy的安全版本，可指定拷贝的字符数，声明在 <string.h> 中。

函数原型

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

关键特性

拷贝num个字符从源字符串到目标空间；
若源字符串长度 < num：拷贝完源字符串后，目标空间剩余部分补\0至num个；
若源字符串长度 ≥ num：只拷贝前num个字符（不自动补\0）。

模拟实现`strncpy`

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

char* my_strncpy(char* dest, const char* src, size_t num) 
{
    assert(dest && src);
    char* ret = dest;
    // 拷贝前num个字符或直到源字符串结束
    while (num > 0 && *src != '\0') 
    {
        *dest++ = *src++;
        num--;
    }
    // 若还有剩余num，补'\0'
    while (num > 0) 
    {
        *dest++ = '\0';
        num--;
    }
    return ret;
}

八、受限字符串追加函数`strncat`

strncat是strcat的安全版本，可指定追加的字符数，声明在 <string.h> 中。

函数原型

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

关键特性

追加源字符串的前num个字符到目标字符串末尾；
无论是否追加满num个字符，最终都会在目标字符串末尾补一个\0；
若源字符串长度 < num：只追加源字符串到\0的部分，再补\0。

使用示例

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

int main() {
    char str1[20];
    char str2[20];
    strcpy(str1, "To be ");
    strcpy(str2, "or not to be");
    strncat(str1, str2, 6);  // 追加str2的前6个字符"or not"
    printf("%s\n", str1);  // 输出：To be or not
    return 0;
}

模拟实现`strncat`

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

char* my_strncat(char* dest, const char* src, size_t num) 
{
    assert(dest && src);
    char* ret = dest;
    // 1. 移动到目标字符串的'\0'位置
    while (*dest) 
    {
        dest++;
    }
    // 2. 追加前num个字符（或源字符串结束）
    while (num > 0 && *src != '\0') 
    {
        *dest++ = *src++;
        num--;
    }
    // 3. 必须补'\0'
    *dest = '\0';
    return ret;
}

九、受限字符串比较函数`strncmp`

strncmp用于比较两个字符串的前num个字符，声明在 <string.h> 中。

函数原型

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

关键特性

比较前num个字符，或直到遇到\0；
若前num个字符都相同，返回0；
若中途字符不同，返回差值（str1字符 - str2字符）。

模拟实现`strncmp`

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

int my_strncmp(const char* str1, const char* str2, size_t num) 
{
    assert(str1 && str2);
    // 比较前num个字符
    while (num > 0) 
    {
        if (*str1 != *str2) 
        {
            return *str1 - *str2;  // 字符不同，返回差值
        }
        if (*str1 == '\0') 
        {
            break;  // 已到字符串末尾
        }
        str1++;
        str2++;
        num--;
    }
    return 0;  // 前num个字符相同
}

十、字符串查找函数`strstr`

strstr用于查找子字符串在母字符串中第一次出现的位置，声明在 <string.h> 中。

函数原型

char* strstr(const char* str1, const char* str2);  // str1:母串，str2:子串

关键特性

若找到子串，返回子串在母串中第一次出现的起始地址；
若未找到，返回NULL；
若子串为空（*str2 == '\0'），返回母串起始地址。

使用示例

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

int main() 
{
    char str[] = "This is a simple string";
    char* pch = strstr(str, "simple");  // 查找"simple"
    if (pch) 
    {
        strncpy(pch, "sample", 6);  // 替换为"sample"
        printf("%s\n", str);  // 输出：This is a sample string
    }
    return 0;
}

模拟实现`strstr`

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

char* my_strstr(const char* str1, const char* str2) 
{
    assert(str1 && str2);
    // 子串为空，返回母串
    if (*str2 == '\0') 
    {
        return (char*)str1;
    }
    const char* cp = str1;  // 母串起始指针
    while (*cp) 
    {
        const char* s1 = cp;  // 母串当前比较位置
        const char* s2 = str2;  // 子串起始位置
        // 匹配子串
        while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2) 
        {
            s1++;
            s2++;
        }
        // 若子串已匹配完，返回当前cp位置
        if (*s2 == '\0') 
        {
            return (char*)cp;
        }
        cp++;  // 母串指针后移继续查找
    }
    return NULL;  // 未找到
}

十一、字符串分割函数`strtok`

strtok用于按指定分隔符分割字符串，声明在 <string.h> 中。

函数原型

char* strtok(char* str, const char* sep);  // sep:分隔符集合

关键特性

sep是分隔符集合（如".,"表示.和,都是分隔符）；
第一次调用时，str为待分割字符串，函数返回第一个标记的地址；
后续调用需将str设为NULL，函数从上次保存的位置继续查找下一个标记；
函数会修改原字符串（将分隔符替换为\0），建议使用临时拷贝；
无更多标记时返回NULL。

使用示例

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

int main() {
    char arr[] = "192.168.6.111";  // 原字符串（可修改）
    char* sep = ".";  // 分隔符为.
    char* str = NULL;
    // 循环分割字符串
    for (str = strtok(arr, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep)) {
        printf("%s\n", str);  // 依次输出每个IP段
    }
    return 0;
}

输出结果：

十二、错误信息函数`strerror`

strerror用于获取错误码对应的描述信息，声明在 <string.h> 中。

函数原型

char* strerror(int errnum);  // errnum:错误码

关键特性

C语言用全局变量errno（声明在 <errno.h>）记录错误码；
程序启动时errno为0（无错误）；
库函数出错时会设置errno，strerror将其转为可读字符串。

使用示例

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>  // 包含errno定义

int main() {
    // 打印0~10错误码对应的信息
    for (int i = 0; i <= 10; i++) {
        printf("%d: %s\n", i, strerror(i));
    }
    
    // 文件操作错误示例
    FILE* pFile = fopen("unexist.txt", "r");  // 打开不存在的文件
    if (pFile == NULL) {
        printf("Error: %s\n", strerror(errno));  // 输出错误信息
    }
    return 0;
}

扩展：`perror`函数

perror可直接打印错误信息，等价于printf("xxx: %s\n", strerror(errno))：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main() {
    FILE* pFile = fopen("unexist.txt", "r");
    if (pFile == NULL) {
        perror("Open file failed");  // 自动拼接错误信息
    }
    return 0;
}

输出结果：Open file failed: No such file or directory

总结

本文详细讲解了C语言中常用的字符函数和字符串函数，包括功能、使用注意事项及模拟实现。掌握这些函数的核心逻辑不仅能提高编程效率，还能帮助大家规避潜在的bug（如无符号数比较、字符串越界等）。实际开发中，建议优先使用标准库函数，但理解其底层实现能让你在遇到问题时更快定位原因。

希望本文对你的C语言学习有所帮助！如果有疑问或补充，欢迎在评论区交流～

C语言字符函数和字符串函数全解析：从使用到模拟实现

一、字符分类函数

常用字符分类函数列表

函数特点

示例：使用islower判断小写字母

二、字符转换函数

示例：使用toupper转换小写字母

三、字符串长度函数strlen

函数原型

关键特性

使用示例

模拟实现strlen

方式1：计数器法

方式2：递归法（无临时变量）

方式3：指针-指针法

四、字符串拷贝函数strcpy

函数原型

关键特性

模拟实现strcpy

五、字符串追加函数strcat

函数原型

关键特性

模拟实现strcat

六、字符串比较函数strcmp

函数原型

比较规则

模拟实现strcmp

七、受限字符串拷贝函数strncpy

函数原型

关键特性

模拟实现strncpy

八、受限字符串追加函数strncat

函数原型

关键特性

使用示例

模拟实现strncat

九、受限字符串比较函数strncmp

函数原型

关键特性

模拟实现strncmp

十、字符串查找函数strstr

函数原型

关键特性

使用示例

模拟实现strstr

十一、字符串分割函数strtok

函数原型

关键特性

使用示例

十二、错误信息函数strerror

函数原型

关键特性

使用示例

扩展：perror函数

总结

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示例：使用`islower`判断小写字母

示例：使用`toupper`转换小写字母

三、字符串长度函数`strlen`

模拟实现`strlen`

四、字符串拷贝函数`strcpy`

模拟实现`strcpy`

五、字符串追加函数`strcat`

模拟实现`strcat`

六、字符串比较函数`strcmp`

模拟实现`strcmp`

七、受限字符串拷贝函数`strncpy`

模拟实现`strncpy`

八、受限字符串追加函数`strncat`

模拟实现`strncat`

九、受限字符串比较函数`strncmp`

模拟实现`strncmp`

十、字符串查找函数`strstr`

模拟实现`strstr`

十一、字符串分割函数`strtok`

十二、错误信息函数`strerror`

扩展：`perror`函数