C语言字符串库函数模拟实现-创新互联

字符串检验 strlen 函数原型
/// @brief 返回给定空终止字符串的长度，即首元素为 str 所指，且不包含首个空字符的字符数组中的字符数
/// @param str 指向要检测的字符串的指针
/// @return 字符串 str 的长度
size_t strlen( const char *str );

空终止字符串即 C 语言中以 ‘\0’ 作为终止符的字符串，strlen 计算字符串的长度并返回，返回的长度不包含 ‘\0’。

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char arr[] = "qgw";
// num 的值是 3
int num = strlen(arr);
模拟实现

下面的实现方式比较简单，采用遍历字符串的方式，遇到 ‘\0’ 就退出循环，返回结果。

size_t my_strlen(const char* str) {size_t cnt = 0;
	while (*str != '\0') {++str;
		++cnt;
	}
	return cnt;
}
strcmp 函数原型
/// @brief 以字典序比较二个字符串
/// @param str rhs 要比较的两字符串
/// @return 相等返回 0
int strcmp(const char* lhs, const char* rhs);

返回值：

  • 两字符串字典序相同，返回 0
  • lhs 字典序大于 rhs，返回一个正数
  • lhs 字典序小于 rhs，返回一个负数
模拟实现

实现的思路是：遍历两个字符串，直到出现不同或有字符串结束。

res 存储两字符串比较的结果，如果等于 0 循环继续，不等于 0 直接退出，lhs 指向的字符大于 rhs 指向的字符就为正数，否则反之。

若 lhs 先结束，rhs 还没结束，此时 res 为负数，\0 的 ASCII 码为 0，是最小的。若 rhs 先结束，lhs 还没结束，此时 res 为正数。若同时结束，res 刚好为 0 返回。

int my_strcmp(const char* lhs, const char* rhs) {int res = 0;
	while ((res = *lhs - *rhs) == 0 && *lhs != '\0' && *rhs != '\0') {++lhs;
		++rhs;
	}
	return res;
}
strstr 函数原型
/// @brief 在 str 中查找 substr 子串
/// @param str 指向要检验的空终止字符串的指针
/// @param substr 指向要查找的空终止字节字符串的指针
/// @return 指向于 str 中找到的子串首字符的指针，或若找不到该子串则为空指针
char *strstr( const char* str, const char* substr );

若 substr 指向空，则会返回 str。

模拟实现

下面实现的方法为暴力匹配子串，实际中可以使用 KMP 或 BM 等字符串搜索函数优化这一过程。

char* my_strstr(const char* str, const char* substr) {if (substr == NULL) {return str;
	}

	// 遍历 str 所有字符，看以其起始字符是否匹配
	while (*str != '\0') {const char* backStr = str;
		const char* backSub = substr;
		while (*backStr != '\0' && *backSub != '\0' && *backStr == *backSub) {	++backStr;
			++backSub;
		}
		// 如果 substr 走完了，说明匹配成功了，返回此时的 str
		if (*backSub == '\0') {	return str;
		}
		++str;
	}
}
字符串操作 strcpy 函数原型
/// @brief 复制 src 所指向的空终止字符串，包含空终止符，到首元素为 dest 所指的字符数组
/// @param dest 指向要写入的字符数组的指针
/// @param src 指向要复制的空终止字符串的指针
/// @return 返回 dest 的副本
char *strcpy( char *dest, const char *src );

需要注意的是：

  • 若 dest 数组长度不足则行为未定义
    • 即 dest 数组不足以包含 src 中所有元素，此时大概率会因越届访问崩溃
  • 若字符串覆盖则行为未定义
    • 现在主流编译器都可以处理有覆盖的情况，比如：MSVC、GCC
  • 若 dest 不是指向字符数组的指针或 src 不是指向空终止字符串的指针则行为未定义
模拟实现

下面的方法先记录要返回的地址，最后遍历 src 遇到 \0，此时退出循环。

注意：该实现方法并不能解决字符串有覆盖的情况。

char* my_strcpy(char* dest, const char* src) {char* res = dest;
	while (*dest = *src) {++dest;
		++src;
	}
	return res;
}
strcat 函数原型
/// @brief 后附 src 所指向的空终止字符串的副本到 dest 所指向的空终止字符串的结尾
/// @param dest 指向要后附到的空终止字符串的指针
/// @param src 指向作为复制来源的空终止字符串的指针
/// @return 返回 dest 的副本
char *strcat( char *dest, const char *src );

需要注意的是：

  • 会用字符 src[0] 替换 dest 末尾的 \0
  • 若目标数组对于 src 和 dest 的内容以及空终止符不够大，则行为未定义
  • 若字符串重叠，则行为未定义
  • 若 dest 或 src 不是指向空终止字符串的指针，则行为未定义
模拟实现

因为会先用 src 第一个字符替换 dest 结尾的 \0，所以要先找到 dest 结尾 \0。然后再遍历 src，将其添加到 dest 结尾。

char* my_strcat(char* dest, const char* src) {char res = dest;
	// 先找 \0 的位置
	while (*dest != '\0') {++dest;
	}
	// 追加到 dest 后面
	while (*dest = *src) {++dest;
		++src;
	}
	return res;
}
内存操作 memcpy 函数原型
/// @brief 从 src 所指向的对象复制 count 个字符到 dest 所指向的对象
/// @param dest 指向要复制的对象的指针
/// @param src 指向复制来源对象的指针
/// @param count 复制的字节数
/// @return 返回 dest 的副本
void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t count);

要注意的是：

  • 若访问发生在 dest 数组结尾后则行为未定义
  • 若对象重叠，则行为未定义
    • 也就是说在标准中 memcpy 也不能处理对象重叠的情况
  • 若 dest 或 src 为非法或空指针则行为未定义
模拟实现

下面给出的实现方式与 strcpy 相似，不过是改用 count 变量来控制循环次数。

memcpy 是最快的内存到内存复制子程序。它通常比必须扫描其所复制数据的 strcpy，或必须预防以处理重叠输入的 memmove更高效。

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t count) {void* res = dest;
	while (count--) {*(char*)dest = *(char*)src;
		++(char*)dest;
		++(char*)src;
	}
	return res;
}
memmove 函数原型
/// @brief 从 src 所指向的对象复制 count 个字节到 dest 所指向的对象
/// @param dest 指向要复制的对象的指针
/// @param src 指向复制来源对象的指针
/// @param count 复制的字节数
/// @return 返回 dest 的副本
void* memmove(void* dest, const void* src, size_t count);

memmove 是不是看起来和 memcpy 一模一样，但 memmove 可以处理内存重叠的情况，这也就说明它要做一些检查，来保证能够处理内存重叠的情况。

  1. 无重叠
    • 直接调用更高校的 memcpy
  2. 有重叠，dest 在 src 之前，正常正向复制

Forward replication

  1. 有重叠，dest 在 src 之后，需要反向复制

foreard copy

reverse copy

模拟实现

通过对上图的观察，我们可以发现：若 dest 在 src 的后面并且存在内存重叠，就需要反向复制。

我们可以简化这一函数，对无重叠的情况不去调用 memcpy 而是包含在下面两种情况中。

  1. dest 在 src 之前，采用正向复制
  2. dest 在 src 之后，采用反向复制
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t count) {void* res = dest;
	if (dest< src) {while (count--) {	*(char*)dest = *(char*)src;
			++(char*)dest;
			++(char*)src;
		}
	} else {while (count--) {	*((char*)dest + count) = *((char*)src + count);
		}
	}
}

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