标准C函数库的用法

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描述

C标准函数库

C标准函数库是所有符合标准的头文件的集合,以及常用的函数库实现程序,例如I/O 输入输出和字符串控制。不像 COBOL、Fortran 和 PL/I等编程语言,在 C 语言的工作任务里不会包含嵌入的关键字,所以几乎所有的 C 语言程序都是由标准函数库的函数来创建的。

每一个函数的名称与特性会被写成一个电脑文件,这个文件就称为头文件,但是实际的函数实现是被分存到函数库文件里。头文件的命名和领域是很常见的,但是函数库的组织架构也会因为不同的编译器而有所不同。标准函数库通常会随附在编译器上。因为 C 编译器常会提供一些额外的非 ANSI C 函数功能,所以某个随附在特定编译器上的标准函数库,对其他不同的编译器来说,是不兼容的。

c函数

本篇介绍若干常用的标准C函数的用法,主要介绍stdio(标准输入输出)、math(数字函数库)、time(时间函数库)、stdlib(标准函数库)string(标准字符串函数)等。

1.1 stdio.h

标准输入/输出函数,stdio即standard input/output。其中文件操作相关API在单独一章中介绍。

#include 《stdio.h》

char getchar(void); // 控制台输入一个字符

int putchar(int c); // 控制台输出一个字符

char *gets(char *s); // 控制台输入一个字符串

int puts(const char *s); // 控制台输出一个字符串

int printf(const char *format, 。。。); // 控制台格式化输出

int scanf(const char *format, 。。。); // 控制台格式化输入

int sprintf(char *s, const char *format, 。。。); // 字符串格式化输出

int sscanf(const char *s, const char *format, 。。。); // 字符串格式化输入

1.1.4 sprintf与sscanf

适用于string版本的格式化输入/输出,其目标不是控制台,而是一个字符串。这两个函数非常有用。

用sprintf格式化一个字符串,例如,

[cpp] view plain copychar buf [256];

sprintf (buf, “Name: %s, Age: %d, Height: %.2f \n”, “LiMing“, 30, 1.68 );

此代码将目标buf格式化为: Name: LiMing, Age 30, Height: 1.68

用sscanf从一个具有格式的字符串中提取固定字段,和scanf的用法类似,要求在格式上要严格匹配。以下代码从字符中提供取年月日的值。

[cpp] view plain copychar* src = ”2014-12-11“;

int year, month, day;

int n = sscanf ( src,

”%d-%d-%d“,

&year, &month, &day);

if( n == 3)

{

// 成功提取了所有字段

}

1.2 math.h

提供了一系列数学相关的函数,如三角函数、指数/对数、幂/根号等。

#include 《math.h》

double abs(double x); // 取绝对值

double cos(double x); // 余弦cos, 参数是弧度值

double sin(double x); // 正弦sin, 参数是弧度值

double tan(double x); // 正切 tan, 参数是弧度值

double ceil(double x); // 向上取整, 即不小于x的最小整数

double floor(double x); // 向下取整, 即不大于x的最大整数

double exp(double x); // 求ex

double log(double x); // ln(x), 以e为底的对数

double log10(double x); // lg(x), 以10为底的对数

double pow(double x, double y); // 求幂xy

double sqrt(double x); // 求平方根 x1/2

需要补充说明的是,这里所列的几乎所有函数都至少有2个版本,分别是double型和float型参数。例如,

[cpp] view plain copydouble sqrt(double x);

float sqrt(float x);

以下代码编译错误,

[cpp] view plain copydouble result = sqrt (16); // 编译错误

为什么会有编译错误呢?因为字面常量16是int型,在匹配函数时,sqrt(float)与sqrt(double)均被匹配,int可以隐式转换成float和double。必须要显示把参数强转为double或float。

如果要对一个整数调用sqrt函数,那么就必须显式的强转成double或float,例如,

[cpp] view plain copydouble result = sqrt ((double)16); // OK

float result = sqrt ((float)16); // OK

1.2.1 abs求绝对值

例如 ,

[cpp] view plain copydouble a = abs ( -12.34);

1.2.2 cos/sin/tan三角函数

其单位都是弧度值。例如,

[cpp] view plain copy#define PI 3.1415926535898

double ret = sin ( PI / 2); // sin (pi/2)结果应为1

1.2.3 ceil /floor取整

用于向上/向下取整。例如,

[cpp] view plain copydouble ci = ceil ( 12.87 ); // +13

double fi = floor(12.87); // +12

ci = ceil ( -12.87 ); // -12

fi = floor( -12.87); // -13

1.2.4 exp / log / log10 / pow / sqrt指数/对数/幂/平方根

点击查看此节内容,第16章

1.3 time.h

time.h中提供了时间/日期相关的函数。这里仅列出常用的几个函数。

#include 《time.h》

struct tm *localtime(const time_t *tod); // 当“秒值”转成“年月日时分秒”

time_t mktime(struct tm *tptr); // 将“年月日时分秒”转成“秒值”

time_t time(time_t *tod); // 取得当前时间

其中,需要介绍time_t和struct tm这两个类型。

1.3.1 time_t

time_t是一个typedef的类型,目前在各种操作系统上time_t类型都是一个整数类型,差不多就是

typedef long time_t;

这种类似的定义,在各种场合都可以认为它是int型。当然,保险起见也可以显式的强转一下。它的单位是秒。

[cpp] view plain copytime_t start = 1000;

time_t end = 1020;

printf(”time eclipse: %d seconds !\n“, (int)(end - start));

1.3.2 struct tm

tm是一个结构,它的定义是,

struct tm

{

int tm_sec; /* seconds after the minute - [0,59] */

int tm_min; /* minutes after the hour - [0,59] */

int tm_hour; /* hours since midnight - [0,23] */

int tm_mday; /* day of the month - [1,31] */

int tm_mon; /* months since January - [0,11] */

int tm_year; /* years since 1900 */

int tm_wday; /* days since Sunday - [0,6] */

int tm_yday; /* days since January 1 - [0,365] */

};

它用于表示日期/时间,有几个字段组成:年,月,日,时,分,秒,weekday和yearday。其中,

年:从1900开始算,tm_year = 114表示年份 1900 + 114 = 2014

月:范围是[0,11], tm_mon = 11表示月份 12

日:范围是[1,31], tm_mday = 24表示该月的第24天

时: 范围是[0,23],tm_hour = 13表示下午13时

分: 范围是[0,59], tm_min = 40表示第40分钟

秒:范围是[0,59], tm_sec = 40表示第40秒钟

tm_wday: 范围是[0,6],星期日是0,星期一是1,。。。 ,星期六是6

tm_yday: 范围是[0,365],tm_yday=299,表示当年的第300天

当tm_min和tm_sec都为0时,表示整点时间。如12:00:00。

例如,2014-12-11 11:47:12这个时间可以用下面的代码赋值:

[cpp] view plain copytm info;

info.tm_year = 2014 - 1900; // 2014年

info.tm_mon = 12 - 1; // 12月

info.tm_mday = 11; // 11日

info.tm_hour = 11; // 11时

info.tm_min = 47; // 47分

info.tm_sec = 12; // 12分

1.3.3 time取得系统当前时间

time函数可以取得系统当前时间,返回值是一个秒值。例如,

[cpp] view plain copytime_t now = time (NULL);

为什么一个整数秒值可以表示当前的时间呢?是这么规定的,time函数返回的是自1970-1-1 00:00:00这个时间点开始至当前时刻的时间差。它是一个比较大的整数,例如1418270153表示的是2014-12-11 11:55:53这个时刻。

利用time函数时可以计算程序运行了多少时间,如下面的代码:

[cpp] view plain copytime_t start = time (NULL);

。。。 DoSomething 。。。

time_t end = time (NULL);

printf(”Time cost : %d seconds“, end - start );

当然这个DoSomething要运行相当时间才行,因为time的粒度较大,返回是秒值。如果你的DoSomething只耗费了几毫秒的话,那么用time根本无法衡量。不过,可以成倍的量化一下,比较,将DoSomething连续运动10000次,看需要的总时间,然后再平均一下得出单次需要的时间。

[cpp] view plain copytime_t start = time (NULL);

for( int i=0; i《 10000; i++)

{

。。。 DoSomething 。。。

}

time_t end = time (NULL);

int avg = (end - start ) / 10000;

1.3.4 localtime()得到年月日时分秒

虽然用一个time_t整数来表示当前系统时间是比较方便的,但有时候还是希望能转化成年月日时分秒的形式来显示,毕竟肉眼无法直接看一个time_t值到底是哪一个日期。

localtime函数可以将time_t所表示的时间转化成年月日时分秒,例如,

[cpp] view plain copytime_t t = time(NULL);

tm info = *localtime(&t);

printf(”%04d-%2d-%02d %02d:%02d:%02d \n“,

info.tm_year + 1900,

info.tm_mon + 1,

info.tm_mday,

info.tm_hour,

info.tm_min,

info.tm_sec);

localtime的返回值是tm*类型,应该用一个tm变量将内容保存起来。

事实上,用time_t来记录时间更方便,只用一个整数(占4个字节)就表达了日期和时间信息。在保存和传输的时候,应该尽量用time_t类型。只是在最终显示的时候,用localtime转成人类易读的yyyy-mm-dd HH:MM:SS格式。

1.3.5 mktime构造时间

当已知了年月日时分秒信息,可以用mktime换算成time_t值。例如,把2014-12-11 11:47:12转成time_t值,

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1.4 stdlib.h

这一节将介绍stdlib.h里提供的API,下面列表其中主要的几个函数:

#include 《stdlib.h》

double atof(const char *s);

int atoi(const char *s);

int rand(void);

void srand(unsigned int seed);

int system(const char *s);

1.4.1 atoi / atof 字符串转成数字

例如,

[cpp] view plain copyint n = atoi(”1280“);

double f = atof(”12.80“);

其实完全可以用sscanf来完成相同的事情,例如,

[cpp] view plain copyint n;

double f;

sscanf(”1280“, ”%d“, &n);

sscanf(”12.80“, ”%f“, &f);

相比之下,使用atoi和atof更简洁一些。

1.4.2 rand / srand 随机数生成

在抽签、抽奖等涉及“随机事件”的应用场景中,需要随机数生成函数。由于计算机中并没有随机性和偶然性,想制造一个随机数实际上是一件比较困难的事情。要真正随机的数字,需要购置在非常昂贵的硬件,这些硬件利用某些自然科学的规则来生成随机数,因为价格昂贵,所以专业的随机数生成器只用于专业用途。我们这里介绍的适用普通PC机能够胜任的“伪随机数”生成函数,能够生成近似随机的数据就可以了。

rand函数用于生成随机数,该函数返回一个整数。调用以下代码测试一下:

[cpp] view plain copyfor(int i=0; i《10; i++)

{

printf(”%d \n“, rand());

}

控制台输出了10个完全没有规律的数字,因为完全无规律可循,所以称它为随机数。这里为了显示方便,只生成了10个随机数,实际上可以改成1000次、10000次试试,会发现它确实是杂乱无章、完全没有规律的出现的。

那么为什么说它是“伪随机数”呢?说明它没有真正的实现“随机”。可以这么验证一下,把相同的程序反复运行数次,会发现每次程序运行输出的结果都是相同的一个序列的数字。例如,第一次运行程序的时候输出13435 31833 5075 19863 30565 11677 1339 4096 31105 9088等10个随机数,当关闭程序再次运行时,输出的10个随机数还是这10个数。

为了解决这个问题,stdlib.h里提供了srand函数。srand函数用于为程序设置一个种子(seed),当种子不同时,程序产生的随机数序列也不同。srand只需要在程序开始时设置一次,例如,可以在main()函数开始时运行一次。种子怎么定呢?要保证程序每次运行时,这个种子的值不同,一般来说是取系统时间来作为种子的。

[cpp] view plain copyvoid main()

{

srand (time (NULL));

。。。 do something else 。。。

}

每次程序运行时,time(NULL)返回的时间是不同的,于是srand每次都是使用了不同的种子。在程序中再调用rand()来生成随机数时,会发现每次程序运行生成的随机数序列是不同的。

在实际应用中如何使用rand函数呢?例如,有一种彩票叫“七星彩”,每次生成的中奖号码是7个届于0~9之间的随机数字。可以用rand来随机生成一注号码。

[cpp] view plain copyvoid main()

{

srand (time (NULL));

int code[7]; // 一注号码为7个数字

for(int i=0; i《7; i++)

{

int r = rand () % 10; // 取模使每个数字界于0~9之间

code[i] = r;

}

}

注意,一般都要为rand()生的随机数指定一个区间。

生成[100,120]之间的随机数,

[cpp] view plain copyint r = 100 + rand () % 20;

生成[0,1]区间的随机小数,

double r = rand()/ (double)RAND_MAX;

其中, RAND_MAX在VC下的定义是32767,在其他操作系统下可能是其他值。

例题:给定10个数,要求从中每次随机选出5个数。

思路:首先,从10个数里面随机挑选出1个数,然后再从剩下的9个数里挑选1个,然后再从剩下的8个数里挑选1个。。。。。。

设计:用一个flags数组来表示哪个数已经被选中了,例如 flags[3] = 1表示第第4个数已经被选中,flags[9]=0表示第10个数未被选中。

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1.4.3 system 调用系统命令行

用system函数可以调用系统命令行,在windows下可以执行DOS命令行, 在linux下SHELL命令行。比如,删除d:\aaa.pdf这个文件,

system (”del /F /Q d:\\aaa.pdf“);

其实原则上并不限于DOS命令,所以的命令行都可以运行的。例如,调用浏览器打开一个网站,

[cpp] view plain copysystem (”explorer http://www.afanihao.cn“);

1.5 string.h

string.h中提供了一系统内存操作函数及字符串操作函数。在学习本节之前,一定要先学习第15章中,掌握字符串的意义。

#include 《string.h》

char *strcat(char *s1, const char *s2); // 拼接字符串

char *strchr(char *s, int c); // 查找字符

int strcmp(const char *s1, const char *s2); // 字符串比较

char *strcpy(char *s1, const char *s2); // 拷贝字符串

char *strstr(char *s1, const char *s2); // 查找子串

size_t strlen(const char *s); // 计算长度

int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n); //按内存比较

void *memcpy(void *s1, const void *s2, size_t n); // 按内存拷贝

void *memmove(void *s1, const void *s2, size_t n); // 移动数据

void *memset(void *s, int c, size_t n); // 按字节填充内存

1.5.1 strcpy拷贝字符串

strcpy(a,b)用于将字符串b拷贝到目标缓冲区,

如,

[cpp] view plain copychar buf[128];

strcpy(buf, ”LiMing“); // 目标缓冲区内容拷贝为”LiMing“

1.5.2 strcat拼接字符串

strcat(a,b)用于将字符串b拼接于字符串a,也就是说把字符串拷贝到目标字符串的末尾。此函数要求目标缓冲区足够大,

[cpp] view plain copy#include 《string.h》

void main()

{

char a [128] = ”hello“;

char b [] = ”world“;

strcat(a, b); // 目标a结果为”helloworld“

}

1.5.3 strcmp比较字符串

关于字符串比较的意义在第15章已经讲述。strcmp(a,b)用于比较字符串,当返回为0时表示完全相等,小于0时表示a《b,大于0时表示a》b。

[cpp] view plain copyint ret = strcmp(”Jack“, ”Jacky“); // 返回值 ret=-1,表示”Jack“《”Jacky“

1.5.4 strlen求字符串长度

字符串求长度时,结束符‘\0’不计算在内。例如,

[cpp] view plain copyint n = strlen(”LiMing“); // 返回长度n为6

1.5.5 strchr查找字符

strchr(s, c)用于在字符串s中查找字符c,并返回第一处匹配的位置。其返回值是char*类型,表示匹配的位置,

[cpp] view plain copychar* s = ”LiMing“;

char* p = strchr(s, ‘M’); // 返回值p指向字符‘M’的地址

if(p!= NULL)

{

printf(”find: %s \n“, p);

}

1.5.6 strstr查找子串

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1.5.7 memset内存填充

[cpp] view plain copymemset(s, c, n)用于向目标缓冲区s中添加n个相同的字符c,例如,

unsigned char buf[128];

memset(buf, 0, sizeof(buf)); // 全部填充为0

memset(buf, 0xFF, 128); // 全部填充为0xFF

memset(buf, 0x55, 100); // 前100个字节填充为0x55

memset(buf+100, 0x77, 10); // 100..109填充为0x77

1.5.8 memcpy内存拷贝

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1.5.9 memcmp内存比较

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其中,a和b的比较是容易得出结果的 ,但a与c的比较呢?由于要转成unsigned char再比较,所以c》a。

1.5.10 memmove移动数据

memmove(dst, src, n)用于在内存中移动数据,将开始于src的n个字节移动到dst位置,这个函数的强大之处在于它允许src和dst有交迭。

例如,利用这个函数我们可以实现在字符串中插入字符,当插入字符串如果将插入点之后的所有字符后移,

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1.6 stdarg.h

stdarg.h中的接口用于实现省略号参数。在函数中曾经指出,函数参数有一个特殊形式,就是不指定个数和类型,直接用省略号表示。

void test (。。。)

当参数为省略号时,可以输入任意个数的参数,而且参数的类型不受限制。我们观察printf函数的原型,发现它就是使用了省略号参数,

int printf(const char *format, 。。。);

printf的第一个参数为字符串类型,用于传递格式参数, 而后面的省略号处可以传递0..N个参数。这种灵活的传参方式在某此特殊场合会用到。下面就指出一种应用需求并给出其实现方法。

需求:自定义一个函数用于日志输出,在输出的时候自动添加日期时期信息、日志等级,其原型要求是这种形式,

void log(int level, const char* fmt, 。。。);

其中, level为日志级别:level=0时,显示ERR, level=1时显示:WRN, level=2时显示INF, level=3时显示DBG。

在调用的时候要求跟printf类似地使用格式化控制符来控制输出,并前缀以日期显示:

log(0, “My name is %s, I‘m %d years old.\n”, “Jennifer”, 30);

此需求实际上就是要实现一个自定义的打印函数,

[cpp] view plain copy#include 《stdio.h》

#include 《string.h》

#include 《stdarg.h》

void log(int level, const char* fmt, 。。。)

{

// 打印日志等级

const char* token = ”DBG“;

switch(level)

{

case 0: token = ”ERR“; break;

case 1: token = ”WRN“; break;

case 2: token = ”INF“; break;

case 3: token = ”DBG“; break;

}

printf(”[ %s ] “, token);

// 将省略号参数格式化成字符串

char buf[512];

va_list args;

va_start(args, fmt);

vsprintf(buf, fmt, args);

va_end(args);

printf(buf);

}

int main()

{

log(2, ”Name: %s, Age: %d.\n“, ”LiMing“, 30);

return 0;

}

对省略号参数的核心处理是这几行代码:

[cpp] view plain copyva_list args;

va_start(args, fmt);

。。。 此处已经将参数取得在args里。。。

va_end(args);

能够以va_list作为参数的函数有vsprintf, vprintf, vfprintf,其原型是:

int vprintf(const char *format, va_list ap); // 输出到控制台

int vsprintf(char *s, const char *format, va_list ap); // 输出到字符串缓冲区

int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list ap); // 输出到文件流

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