C语言字符函数与字符串函数完全指南

时间的拾荒人2026-07-04 22:50

📑 目录

  • [📖 1. 字符分类函数](#📖 1. 字符分类函数)
    • [🎯 练习：将字符串中的小写字母转大写](#🎯 练习：将字符串中的小写字母转大写)
  • [🔄 2. 字符转换函数](#🔄 2. 字符转换函数)
  • [📏 3. strlen 的使用和模拟实现](#📏 3. strlen 的使用和模拟实现)
    • [⚠️ 易错点示例](#⚠️ 易错点示例)
    • [🛠️ strlen的模拟实现](#🛠️ strlen的模拟实现)
  • [📋 4. strcpy 的使用和模拟实现](#📋 4. strcpy 的使用和模拟实现)
    • [🛠️ strcpy的模拟实现](#🛠️ strcpy的模拟实现)
  • [🔗 5. strcat 的使用和模拟实现](#🔗 5. strcat 的使用和模拟实现)
    • [🛠️ 模拟实现strcat函数](#🛠️ 模拟实现strcat函数)
  • [⚖️ 6. strcmp 的使用和模拟实现](#⚖️ 6. strcmp 的使用和模拟实现)
    • [🛠️ strcmp函数的模拟实现](#🛠️ strcmp函数的模拟实现)
  • [✂️ 7. strncpy 函数的使用](#✂️ 7. strncpy 函数的使用)
  • [➕ 8. strncat 函数的使用](#➕ 8. strncat 函数的使用)
  • [🔍 9. strncmp 函数的使用](#🔍 9. strncmp 函数的使用)
  • [🎯 10. strstr 的使用和模拟实现](#🎯 10. strstr 的使用和模拟实现)
    • [🛠️ strstr的模拟实现](#🛠️ strstr的模拟实现)
  • [🔪 11. strtok 函数的使用](#🔪 11. strtok 函数的使用)
  • [⚠️ 12. strerror 函数的使用](#⚠️ 12. strerror 函数的使用)
    • [📝 举例：使用strerror处理文件打开错误](#📝 举例：使用strerror处理文件打开错误)
    • [💡 了解perror函数](#💡 了解perror函数)
  • [📝 小总结](#📝 小总结)
  • [❓ 经典面试题](#❓ 经典面试题)

📖 1. 字符分类函数

在编程的过程中，我们经常要处理字符和字符串，为了方便操作字符和字符串，C语言标准库中提供了一系列库函数，接下来我们就学习一下这些函数。

C语言中有一系列的函数是专门做字符分类的，也就是一个字符是属于什么类型的字符的。这些函数的使用都需要包含一个头文件是 ctype.h。

这些函数的使用方法非常类似，我们就讲解一个函数的事情，其他的非常类似：

c 复制代码 
int islower ( int c );

islower 是能够判断参数部分的 c 是否是小写字母的。通过返回值来说明是否是小写字母，如果是小写字母就返回非0的整数，如果不是小写字母，则返回0。

🎯 练习：将字符串中的小写字母转大写

写一个代码，将字符串中的小写字母转大写，其他字符不变。

c 复制代码 
#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 -= 32;
        putchar(c);
        i++;
    }
    return 0;
}

🔄 2. 字符转换函数

C语言提供了2个字符转换函数：

c 复制代码 
int tolower ( int c ); //将参数传进去的大写字母转小写     
int toupper ( int c ); //将参数传进去的小写字母转大写

上面的代码，我们将小写转大写，是 -32 完成的效果，有了转换函数，就可以直接使用 toupper 函数。

c 复制代码 
#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);
        putchar(c);
        i++;
    }
    return 0;
}

📏 3. strlen 的使用和模拟实现

c 复制代码 
size_t strlen ( const char * str );
  • 字符串以 '\0' 作为结束标志，strlen函数返回的是在字符串中 '\0' 前面出现的字符个数（不包含 '\0'）。
  • 参数指向的字符串必须要以 '\0' 结束。
  • 注意函数的返回值为 size_t，是无符号的（易错）。
  • strlen的使用需要包含头文件 <string.h>。
  • 学会strlen函数的模拟实现。

⚠️ 易错点示例

c 复制代码 
#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;
}

💡 注意 ：由于 strlen 返回 size_t 是无符号类型，strlen(str2)-strlen(str1) 的结果也是无符号数，永远不会小于0。所以即使 strlen(str2) < strlen(str1)，相减结果也会被解释为很大的正数，导致判断错误。建议直接比较：strlen(str2) > strlen(str1)。

🛠️ strlen的模拟实现

方式1：计数器方式

c 复制代码 
int my_strlen(const char * str)
{
    int count = 0;
    assert(str);
    while(*str)
    {
        count++;
        str++;
    }
    return count;
}

方式2：递归方式（不创建临时变量）

c 复制代码 
int my_strlen(const char * str)
{
    assert(str);
    if(*str == '\0')
        return 0;
    else
        return 1+my_strlen(str+1);
}

方式3：指针-指针方式

c 复制代码 
int my_strlen(char *s)
{
    assert(str);
    char *p = s;
    while(*p != '\0' )
          p++;
    return p-s;
}

📋 4. strcpy 的使用和模拟实现

c 复制代码 
char* strcpy(char * destination, const char * source );
  • Copies the C string pointed by source into the array pointed by destination, including the terminating null character (and stopping at that point).
  • 源字符串必须以 '\0' 结束。
  • 会将源字符串中的 '\0' 拷贝到目标空间。
  • 目标空间必须足够大，以确保能存放源字符串。
  • 目标空间必须可修改。
  • 学会模拟实现。

🛠️ strcpy的模拟实现

c 复制代码 
//1.参数顺序 
//2.函数的功能，停止条件 
//3.assert
//4.const修饰指针 
//5.函数返回值 
//6.题目出自《高质量C/C++编程》书籍最后的试题部分 

char* my_strcpy(char *dest, const char*src)
{        
    char *ret = dest;
    assert(dest != NULL);
    assert(src != NULL);
    while((*dest++ = *src++))
    {
        ;
    }
    return ret;
}

🔗 5. strcat 的使用和模拟实现

  • Appends a copy of the source string to the destination string. The terminating null character in destination is overwritten by the first character of source, and a null-character is included at the end of the new string formed by the concatenation of both in destination.
  • 源字符串必须以 '\0' 结束。
  • 目标字符串中也得有 \0，否则没办法知道追加从哪里开始。
  • 目标空间必须有足够的大，能容纳下源字符串的内容。
  • 目标空间必须可修改。
  • 字符串自己给自己追加，如何？

🛠️ 模拟实现strcat函数

c 复制代码 
char *my_strcat(char *dest, const char*src)
{
    char *ret = dest;
    assert(dest != NULL);
    assert(src != NULL);
    while(*dest)
    {
        dest++;
    }
    while((*dest++ = *src++))
    {
        ;
    }
    return ret;
}

⚖️ 6. strcmp 的使用和模拟实现

  • This function starts comparing the first character of each string. If they are equal to each other, it continues with the following pairs until the characters differ or until a terminating null-character is reached.
  • 标准规定：
    • 第一个字符串大于第二个字符串，则返回大于0的数字
    • 第一个字符串等于第二个字符串，则返回0
    • 第一个字符串小于第二个字符串，则返回小于0的数字
    • 那么如何判断两个字符串？比较两个字符串中对应位置上字符ASCII码值的大小。

🛠️ strcmp函数的模拟实现

c 复制代码 
int my_strcmp (const char * str1, const char * str2)
{
    int ret = 0 ;
    assert(str1 != NULL);
    assert(str2 != NULL);
    while(*str1 == *str2)
    {
        if(*str1 == '\0')
            return 0;
        str1++;
        str2++;
    }
    return *str1-*str2;
}

✂️ 7. strncpy 函数的使用

c 复制代码 
char * strncpy ( char * destination, const char * source, size_t num );
  • Copies the first num characters of source to destination. If the end of the source C string (which is signaled by a null-character) is found before num characters have been copied, destination is padded with zeros until a total of num characters have been written to it.
  • 拷贝num个字符从源字符串到目标空间。
  • 如果源字符串的长度小于num，则拷贝完源字符串之后，在目标的后边追加0，直到num个。

➕ 8. strncat 函数的使用

c 复制代码 
char * strncat ( char * destination, const char * source, size_t num );
  • Appends the first num characters of source to destination, plus a terminating null-character.（将source指向字符串的前num个字符追加到destination指向的字符串末尾，再追加一个 \0 字符）。
  • If the length of the C string in source is less than num, only the content up to the terminating null-character is copied.（如果source指向的字符串的长度小于num的时候，只会将字符串中到 \0 的内容追加到destination指向的字符串末尾）。
c 复制代码 
/* strncat example */
#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);
    printf("%s\n", str1);
    return 0;
}

🔍 9. strncmp 函数的使用

c 复制代码 
int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t num );

比较str1和str2的前num个字符，如果相等就继续往后比较，最多比较num个字母，如果提前发现不一样，就提前结束，大的字符所在的字符串大于另外一个。如果num个字符都相等，就是相等返回0。

🎯 10. strstr 的使用和模拟实现

c 复制代码 
char * strstr ( const char * str1, const char * str2);

Returns a pointer to the first occurrence of str2 in str1, or a null pointer if str2 is not part of str1.（函数返回字符串str2在字符串str1中第一次出现的位置）。

The matching process does not include the terminating null-characters, but it stops there.（字符串的比较匹配不包含 \0 字符，以 \0 作为结束标志）。

c 复制代码 
/* strstr example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

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

🛠️ strstr的模拟实现

c 复制代码 
char *  strstr (const char * str1, const char * str2)
{
        char *cp = (char *) str1;
        char *s1, *s2;
        if ( !*str2 )
            return((char *)str1);
        while (*cp)
        {
                s1 = cp;
                s2 = (char *) str2;
                while ( *s1 && *s2 && !(*s1-*s2) )
                        s1++, s2++;
                if (!*s2)
                        return(cp);
                cp++;
        }
        return(NULL);
}

🔪 11. strtok 函数的使用

c 复制代码 
char * strtok ( char * str, const char * sep);
  • sep 参数指向一个字符串，定义了用作分隔符的字符集合。
  • 第一个参数指定一个字符串，它包含了0个或者多个由sep字符串中一个或者多个分隔符分割的标记。
  • strtok函数找到str中的下一个标记，并将其用 \0 结尾，返回一个指向这个标记的指针。（注：strtok函数会改变被操作的字符串，所以被strtok函数切分的字符串一般都是临时拷贝的内容并且可修改。）
  • strtok函数的第一个参数不为 NULL，函数将找到str中第一个标记，strtok函数将保存它在字符串中的位置。
  • strtok函数的第一个参数为 NULL，函数将在同一个字符串中被保存的位置开始，查找下一个标记。
  • 如果字符串中不存在更多的标记，则返回 NULL 指针。
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char arr[] = "192.168.6.111";
    char* sep = ".";
    char* str = NULL;
    for (str = strtok(arr, sep); str != NULL; str = strtok(NULL, sep))
    {
        printf("%s\n", str);
    }
    return 0;
}

⚠️ 12. strerror 函数的使用

c 复制代码 
char* strerror ( int errnum );

strerror 函数可以把参数部分错误码对应的错误信息的字符串地址返回来。

在不同的系统和C语言标准库的实现中都规定了一些错误码，一般是放在 errno.h 这个头文件中说明的，C语言程序启动的时候就会使用一个全局的变量errno来记录程序的当前错误码，只不过程序启动的时候errno是0，表示没有错误，当我们在使用标准库中的函数的时候发生了某种错误，就会将对应的错误码，存放在errno中，而一个错误码的数字是整数很难理解是什么意思，所以每一个错误码都是有对应的错误信息的。strerror函数就可以将错误对应的错误信息字符串的地址返回。

c 复制代码 
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>

//我们打印一下0~10这些错误码对应的信息 
int main()
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i <= 10; i++) {
        printf("%s\n", strerror(i));
    }
    return 0;
}

在Windows11+VS2022环境下输出的结果如下：

复制代码 
No error
Operation not permitted
No such file or directory
No such process
Interrupted function call
Input/output error
No such device or address
Arg list too long
Exec format error
Bad file descriptor
No child processes

📝 举例：使用strerror处理文件打开错误

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main ()
{
    FILE * pFile;
    pFile = fopen ("unexist.ent","r");
    if (pFile == NULL)
        printf ("Error opening file unexist.ent: %s\n", strerror(errno));
    return 0;
}

输出：

复制代码 
Error opening file unexist.ent: No such file or directory

💡 了解perror函数

也可以了解一下 perror 函数，perror函数相当于一次将上述代码中的第9行完成了，直接将错误信息打印出来。perror函数打印完参数部分的字符串后，再打印一个冒号和一个空格，再打印错误信息。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main ()
{
    FILE * pFile;
    pFile = fopen ("unexist.ent","r");
    if (pFile == NULL)
        perror("Error opening file unexist.ent");
    return 0;
}

输出：

复制代码 
Error opening file unexist.ent: No such file or directory

📝 小总结

本文详细介绍了C语言中12个常用的字符函数和字符串函数，包括：

函数分类 函数名 功能
🔤 字符分类 islower 等 判断字符类型
🔄 字符转换 toupper / tolower 大小写转换
📏 字符串长度 strlen 计算字符串长度
📋 字符串拷贝 strcpy / strncpy 复制字符串
🔗 字符串拼接 strcat / strncat 拼接字符串
⚖️ 字符串比较 strcmp / strncmp 比较字符串
🎯 字符串查找 strstr 查找子串
🔪 字符串分割 strtok 分割字符串
⚠️ 错误处理 strerror / perror 错误信息输出

面试重点提醒：

  • strlen 返回 size_t 无符号类型，直接相减容易出错
  • strcpy / strcat / strcmp 的模拟实现是面试高频考点
  • strtok 会修改原字符串，使用时注意传临时拷贝
  • strncpy / strncat / strncmp 是安全版本，限制操作长度

❓ 经典面试题

面试题1：strlen与sizeof的区别是什么？

解答：

  • strlen 是库函数，用于计算字符串长度（不包含 \0），需要包含 <string.h>，运行时计算。
  • sizeof 是运算符，用于计算变量或类型所占内存空间大小（包含 \0），编译时计算。
c 复制代码 
char str[] = "hello";
printf("%zu\n", strlen(str));  // 输出 5
printf("%zu\n", sizeof(str));  // 输出 6（包含'\0'）

面试题2：为什么strlen(str2)-strlen(str1)>0的判断可能出错？

解答： 因为 strlen 返回 size_t 是无符号整型，两个无符号数相减结果仍为无符号数。当 strlen(str2) < strlen(str1) 时，相减结果本应为负数，但被解释为很大的无符号正数，导致判断错误。正确做法是直接比较：strlen(str2) > strlen(str1)。

面试题3：strcat能否自己给自己追加？为什么？

解答： 不能。因为 strcat 在追加时会覆盖目标字符串的 \0，然后逐字符拷贝源字符串。如果源和目标指向同一块内存，追加过程中源字符串的内容会被覆盖破坏，导致无法正确完成追加操作，最终结果不可预测。

面试题4：strcpy和memcpy有什么区别？

解答：

  • strcpy 只能用于字符串拷贝，遇到 \0 停止，不指定拷贝长度。
  • memcpy 可以拷贝任意类型的内存数据，按字节数拷贝，不依赖 \0。
  • strcpy 会拷贝 \0，memcpy 不会自动添加 \0。

面试题5：strtok函数为什么一般要传临时拷贝？

解答： 因为 strtok 函数在找到分隔符时，会将分隔符位置替换为 \0，从而修改原字符串。如果直接操作原始字符串，会破坏原始数据。因此通常先使用 strcpy 拷贝一份临时字符串，再对临时字符串进行分割操作。

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