标准C函数库的用法

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。

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

或

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

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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