【嵌入式 C 语言实战】手动实现字符串四大核心函数（strcpy/strcat/strlen/strcmp）

小杨同学492026-01-16 10:13

【嵌入式 C 语言实战】手动实现字符串四大核心函数（strcpy/strcat/strlen/strcmp）

大家好，我是学嵌入式的小杨同学。在嵌入式开发中，字符串处理是高频核心需求，而 C 语言标准库中的strcpy、strcat、strlen、strcmp是字符串处理的四大基石。今天我们不依赖标准库，手动实现这四个函数，深入理解其底层逻辑，同时修正代码中的小问题，掌握嵌入式场景下字符串处理的核心技巧。

一、代码整体概述

这份代码的核心目标是模拟 C 语言标准库的字符串四大核心函数 ，不依赖<string.h>头文件，完全通过指针操作实现字符串的复制、拼接、长度统计和比较功能，是理解 C 语言字符串本质（以'\0'结尾的字符数组）的绝佳案例。

先明确四个函数的核心功能：

  1. Strcpy：字符串复制，将源字符串复制到目标字符数组中；
  2. Strlen：字符串长度统计，返回字符串有效字符个数（不包含'\0'）；
  3. Strcat：字符串拼接，将源字符串追加到目标字符串末尾；
  4. Strmpy（对应标准库strcmp）：字符串比较，按 ASCII 码值比较两个字符串的大小。

二、先修正代码中的关键问题（保证正常运行）

在解析代码之前，先修正两处影响运行的小问题，避免编译警告和运行错误：

1. 函数名拼写修正：Strmpy → 统一为Strcmp（贴合标准库，提升可读性）

原代码中函数声明和实现为Strmpy，属于拼写笔误，统一修正为Strcmp（与标准库strcmp对应），避免混淆。

2. 修正main函数中只读字符串指针赋值问题

c

运行

arduino 复制代码 
// 原代码问题：d、e是指向只读字符串常量的指针，不能直接用于修改（虽此处仅用于比较，无修改，但会有编译警告）
// 修正为：使用字符数组存储，符合嵌入式字符串处理规范
char d[]="HELLO3";
char e[]="HELLO4";

问题说明 ：char *d="HELLO3"中，"HELLO3"是存储在只读存储区的字符串常量，指针d仅指向其首地址，无法修改该字符串；而字符数组char d[]="HELLO3"是将字符串常量复制到栈上的字符数组中，可读取可修改（此处用于比较，虽无需修改，但更符合规范，避免编译警告）。

3. 修正函数声明与实现的一致性

原代码中Strmpy声明参数为char *d,char *s，修正后Strcmp保持参数一致性，同时建议添加const修饰只读参数（源字符串不被修改），提升代码健壮性。

三、逐函数详细解析（核心实现与底层逻辑）

1. 字符串复制：Strcpy（对应标准库strcpy）

核心功能

将源字符串（const char *s）的内容完整复制到目标字符数组（char *d）中，包括末尾的'\0'，返回目标字符数组的首地址。

代码实现（修正后）

c

运行

arduino 复制代码 
char *Strcpy(char *d,const char *s)
{
    // 保存目标数组首地址（后续d指针会移动，需返回原始首地址）
    char *p=d;
    
    // 遍历源字符串，直到遇到'\0'（*s为'\0'时，循环条件为假，终止循环）
    while(*s)
    {
        // 逐字符复制：将源字符串当前字符赋值给目标数组
        *d=*s;
        // 指针同时后移，遍历下一个字符
        d++;
        s++;
    }
    
    // 关键：在目标字符串末尾添加'\0'，标识字符串结束
    *d='\0';
    
    // 返回目标数组原始首地址，支持链式调用
    return p;
}
关键细节解析
  1. const char *s：使用const修饰源字符串指针，表明源字符串仅用于读取，不被修改，是 C 语言良好编码习惯，防止函数内部误修改源字符串；
  2. 保存首地址char *p=d：由于后续d指针会不断后移指向目标数组的后续位置，若不保存原始首地址，无法返回目标数组的起始位置，影响链式调用（如b=Strcpy(a,b)）；
  3. 循环条件while(*s)：等价于while(*s != '\0')，利用 C 语言 "0 为假，非 0 为真" 的特性，简洁高效；
  4. 手动添加*d='\0'：这是字符串复制的核心要点，源字符串的'\0'不会被带入循环（循环终止于*s='\0'），必须手动在目标数组末尾添加'\0'，否则目标数组无法被识别为合法字符串。
嵌入式注意点
  • 目标字符数组d必须有足够的容量，能够容纳源字符串的所有字符（包括'\0'），否则会导致数组越界，覆盖其他内存区域，引发系统崩溃；
  • 避免目标指针d为NULL，嵌入式开发中需添加判空逻辑（如if(d==NULL || s==NULL) return NULL;），提升代码健壮性。

2. 字符串长度统计：Strlen（对应标准库strlen）

核心功能

统计字符串的有效字符个数（不包含末尾的'\0'），返回整数长度。

代码实现

c

运行

arduino 复制代码 
int Strlen(char *d)
{
    // 初始化长度计数器为0
    int len=0;
    
    // 遍历字符串，直到遇到'\0'
    while(*d)
    {
        // 每遍历一个有效字符，计数器+1
        len++;
        // 指针后移，遍历下一个字符
        d++;
    }
    
    // 返回有效字符长度
    return len;
}
关键细节解析
  1. 计数规则：仅统计'\0'之前的有效字符，例如"HELLO1"的长度为 6，不包含末尾隐藏的'\0'；
  2. 指针遍历：无需知道字符数组的总容量，仅通过指针遍历到'\0'即可终止，符合 C 语言字符串的特性；
  3. 时间复杂度：O (n)（n 为字符串有效长度），仅需遍历一次字符串，效率高效。
嵌入式注意点
  • 若传入的字符串未以'\0'结尾，会导致while循环无限执行，引发栈溢出或程序崩溃，嵌入式开发中必须确保字符串以'\0'结尾；
  • 避免传入NULL指针，可添加判空逻辑（如if(d==NULL) return 0;）。

3. 字符串拼接：Strcat（对应标准库strcat）

核心功能

将源字符串（const char *s）追加到目标字符串（char *d）的末尾，覆盖目标字符串原来的'\0'，并在拼接后的新字符串末尾添加'\0'，返回目标字符串的首地址。

代码实现

c

运行

arduino 复制代码 
char *Strcat(char *d,const char *s)
{
    // 保存目标数组首地址
    char *p=d;
    
    // 第一步：遍历目标字符串，找到其末尾的'\0'
    while(*d)
    {
        d++;
    }
    
    // 第二步：与Strcpy逻辑一致，将源字符串逐字符复制到目标字符串末尾
    while(*s)
    {
        *d=*s;
        d++;
        s++;
    }
    
    // 关键：在拼接后的新字符串末尾添加'\0'
    *d='\0';
    
    // 返回目标数组原始首地址
    return p;
}
关键细节解析
  1. 两步遍历逻辑：第一步找到目标字符串的末尾（'\0'位置），第二步从该位置开始复制源字符串，实现 "追加" 效果，而非覆盖；
  2. 与Strcpy的区别：Strcpy从目标数组的起始位置开始复制，Strcat从目标字符串的'\0'位置开始复制；
  3. 手动添加*d='\0'：确保拼接后的字符串是合法的 C 语言字符串，否则后续遍历（如Strlen、printf）会出现异常。
嵌入式注意点
  • 目标字符数组d的剩余容量必须足够容纳源字符串的所有字符（包括'\0'），例如目标数组a[1024]已存储"HELLO1"（长度 6），则剩余容量需大于源字符串"HELLO2"的长度（6），否则会导致数组越界；
  • 不支持自拼接（如Strcat(a,a)），会导致源字符串被覆盖，引发逻辑错误。

4. 字符串比较：Strcmp（对应标准库strcmp，原代码Strmpy）

核心功能

按 ASCII 码值逐字符比较两个字符串的大小，返回比较结果：

  1. 返回值 > 0：第一个字符串大于第二个字符串；
  2. 返回值 = 0：两个字符串完全相等；
  3. 返回值 < 0：第一个字符串小于第二个字符串。
代码实现（修正后）

c

运行

arduino 复制代码 
int Strcmp(char *d,char *s)
{
    // 第一步：逐字符比较，直到其中一个字符串遇到'\0'，或出现不相等字符
    while(*d&&*s)
    {
        // 若当前字符不相等，直接返回两个字符的ASCII码差值
        if(*d!=*s)
        {
            return *d-*s;
        }
        // 字符相等，指针同时后移，继续比较下一个字符
        d++;
        s++;
    }

    // 第二步：若其中一个字符串已遍历完毕，返回剩余字符的ASCII码差值
    // （若两个字符串完全相等，此处* d和*s均为'\0'，差值为0）
    return *d-*s;
}
关键细节解析
  1. 比较规则：按字符的 ASCII 码值比较，例如'A'（65）<'a'（97），'3'（51）<'H'（72）；
  2. 循环条件while(*d&&*s)：仅当两个字符串当前字符都不为'\0'时，才进行比较，任意一个字符串遍历完毕则终止循环；
  3. 返回值逻辑：直接返回字符的 ASCII 码差值，符合标准库strcmp的返回值规范，无需额外判断正负；
  4. 完全相等的情况：当两个字符串长度相同且所有字符都相等时，循环结束后*d和*s均为'\0'（ASCII 码值为 0），返回值为 0。
嵌入式注意点
  • 支持长度不同的字符串比较，例如"HELLO3"和"HELLO345"，会先比较到"HELLO3"的'\0'，返回0 - '4'（即 - 52）；
  • 无需修改字符串内容，建议添加const修饰参数（int Strcmp(const char *d, const char *s)），提升代码安全性。

四、完善后的完整代码（可直接编译运行）

c

运行

arduino 复制代码 
#include<stdio.h>

// 函数声明（修正命名，保持一致性）
char *Strcpy(char *d,const char *s);
char *Strcat(char *d,const char *s);
int Strcmp(const char *d,const char *s); // 添加const修饰，提升健壮性
int Strlen(char *d);

int main()
{
    char a[1024] = {0}; // 目标字符数组，初始化全0，确保有足够容量
    const char *b="HELLO1";
    
    // 字符串复制
    Strcpy(a,b);
    printf("字符串复制结果：%s\n",a);
    
    // 字符串长度统计
    int len=Strlen(a);
    printf("字符串长度：%d\n",len);
    
    // 字符串拼接
    const char *c="HELLO2";
    Strcat(a,c);
    printf("字符串拼接结果：%s\n",a);
    
    // 字符串比较
    char d[]="HELLO3"; // 修正为字符数组，避免只读警告
    char e[]="HELLO4";
    int s=Strcmp(d,e);
    printf("字符串比较结果：%d\n",s);
    
    return 0;
}

// 字符串比较实现（修正命名，添加const修饰）
int Strcmp(const char *d,const char *s)
{
    while(*d&&*s)
    {
        if(*d!=*s)
        {
            return *d-*s;
        }
        d++;
        s++;
    }
    return *d-*s;
}

// 字符串复制实现
char *Strcpy(char *d,const char *s)
{
    // 判空逻辑（嵌入式开发推荐添加，避免NULL指针）
    if(d==NULL || s==NULL)
    {
        printf("指针为空，复制失败\n");
        return NULL;
    }
    char *p=d;
    while(*s)
    {
        *d=*s;
        d++;
        s++;
    }
    *d='\0';
    return p;
}

// 字符串拼接实现
char *Strcat(char *d,const char *s)
{
    // 判空逻辑（嵌入式开发推荐添加，避免NULL指针）
    if(d==NULL || s==NULL)
    {
        printf("指针为空，拼接失败\n");
        return NULL;
    }
    char *p=d;
    while(*d)
    {
        d++;
    }
    while(*s)
    {
        *d=*s;
        d++;
        s++;
    }
    *d='\0';
    return p;
}

// 字符串长度统计实现
int Strlen(char *d)
{
    // 判空逻辑（嵌入式开发推荐添加，避免NULL指针）
    if(d==NULL)
    {
        printf("指针为空，长度统计失败\n");
        return 0;
    }
    int len=0;
    while(*d)
    {
        len++;
        d++;
    }
    return len;
}

五、编译运行与预期结果

1. 编译命令（Linux/macOS）

将代码保存为string_functions.c，在终端执行以下命令：

bash

运行

bash 复制代码 
gcc string_functions.c -o string_functions
./string_functions

2. 预期运行结果

plaintext

复制代码 
字符串复制结果：HELLO1
字符串长度：6
字符串拼接结果：HELLO1HELLO2
字符串比较结果：-1

结果解析：

  • HELLO3与HELLO4比较，最后一个字符'3'（51）比'4'（52）小 1，返回 - 1，符合预期。

六、嵌入式开发优化建议

  1. 添加严格的指针判空逻辑 ：嵌入式设备中内存资源有限，指针容易出现NULL，必须在函数入口处判断d和s是否为NULL，避免野指针导致系统崩溃；
  2. 限制字符串长度，避免数组越界 ：可在函数中添加长度参数（如Strcpy(char *d, const char *s, int max_len)），限制复制 / 拼接的字符个数，防止目标数组溢出；
  3. 使用静态内存替代动态分配 ：嵌入式开发中尽量避免malloc，优先使用固定大小的字符数组或静态内存池，减少内存碎片化问题；
  4. 避免栈溢出，优先使用全局 / 静态字符数组：栈空间通常较小（几 KB 到几十 KB），局部字符数组过大容易导致栈溢出，可将大字符数组定义为全局或静态（存储在全局存储区）；
  5. 兼容多编码格式：若处理中文等多字节字符，需注意编码格式（如 UTF-8），避免按单字节遍历导致逻辑错误。

七、总结

  1. 手动实现四大字符串函数的核心是指针操作 +'\0'结束标记，所有逻辑都围绕 "逐字符遍历" 和 "合法字符串收尾" 展开；
  2. Strcpy和Strcat的核心区别是遍历起始位置不同，且都必须手动添加'\0'；
  3. Strlen仅统计'\0'前的有效字符，Strcmp按 ASCII 码值逐字符比较，返回差值；
  4. 嵌入式开发中使用字符串函数，需重点关注指针判空、数组容量、栈溢出三大问题，兼顾功能实现和系统稳定性。

掌握这四个函数的底层实现，不仅能加深对 C 语言字符串的理解，更能为嵌入式开发中的字符串解析、配置项处理等场景打下坚实基础。我是学嵌入式的小杨同学，关注我，解锁更多嵌入式 C 语言实战技巧！

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