字符串函数（2）

前言

在上一篇文章中，我们对字符分类函数和字符转换函数进行了学习，部分小伙伴们可能会想字符串函数在哪里呢？其实是我没有写完啦！在本篇文章中，我会对该内容进行详细讲解。

1. strlen

1.1 strlen函数的理解和使用

字符串函数的使用需要包含头文件string.h。strlen的返回值的类型是size_t（无符号整型）。strlen函数是求字符串的长度的。
例如：

工作原理是：
当我们有一个字符串时，里面除了我们没看到的以外，还存放着\0。我们给strlen函数传了数组名arr。数组名是数组首元素的地址，strlen从给定的起始位置开始，向后统计\0之前字符的个数。
注意：
一定是从起始位置开始，我们现在可以测试一下别的写法。

arr是数组名，代表首元素的地址，如果传arr，则从a开始数。如果传arr+1，则跳过一个元素，从b开始数。
前面我们说过strlen的返回值的类型是size_t类型的，这一部分我们需要加深理解，现在我们举一个例子进行理解。

按照我们的想法来看，strlen（arr2）和strlen（arr1）的输出结果分别为3和6，3减6的值等于-3，应该打印<=。但是运行的结果并不是我们所想，因为strlen的返回值的类型是size_t , size_t类型的值相减也是size_t，此时计算出的-3会被作为一个无符号的整型来处理，此时的-3就没有了符号位。

在内存中存放着-3的补码，当-3为无符号整型时，最前面的1就不是符号位了，此时就不存在原反补了。计算的结果将是一个非常大的正数，所以输出的结果是>。我们现在对代码进行修改。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{char arr1[] = "abcdef";char arr2[] = "abc";if (strlen(arr2) > strlen(arr1) )printf(">\n");elseprintf("<=\n");return 0;
}

或者：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{char arr1[] = "abcdef";char arr2[] = "abc";if ((int)strlen(arr2) - (int)strlen(arr1) > 0)printf(">\n");elseprintf("<=\n");return 0;
}

这两个代码都能实现我们原来的目的。

1.2 strlen函数的模拟实现

我们采用递归的方式进行实现。
现在我们有一个字符数组里面存放着abcdef。现在我们需要写一个自己的函数来计算字符串的长度。仿照着strlen把arr传过去，并让其返回一个size_t的值，当然int也行，只是字符串的长度不会为负值，选择size_t比较合适。
函数的参数部分需要接受arr（即首元素的地址），我们采用char*类型的str进行接收，同时我们不希望str去改变字符串，使用可以使用const来修饰。
递归的思想是大化小，我们把字符串中的第一个字符拿出来，不是\0说明长度至少是1，1加上后面的长度就是总长度，按照这个原理我们不断的向后拿取，如图

代码：

#include<stdio.h>
size_t my_strlen(const char* str)
{if (*str == '\0')return 0;elsereturn 1 + my_strlen(str + 1);
}int main()
{char arr[] = "abcdef";size_t len = my_strlen(arr);printf("%zd\n", len);return 0;
}

运行结果：

现在可能还有部分小伙伴没有理解，我们可以缩短字符串的长度（改为abc）来理解：

我们要计算abc的长度，此处我们调用了自己写的函数来完成。我们将a的地址传了过去，给了str，此时str向后就可以看到a b c \0。
刚开始时，* sr 为a，a并不等于\0，我们就走else这条路，然后再对my_strlen进行调用。第二次调用时，这里的str指向b，b不等于\0，走else的路线，这里我们还需要对my_strlen进行调用，第三次调用时，这里的str指向c，c不等于\0，走else的路线，最后一次调用my_strlen时，str指向了\0。此时我们的递推就结束了，将开始回归。1就会不断的相加到3，最后返回去，此时len就为3.
注意：
在这里的 1 + my_strlen(str + 1)没有返回时，是不会计算的。
代码：

#include<stdio.h>
size_t my_strlen(const char* str)
{if (*str == '\0')return 0;elsereturn 1 + my_strlen(str + 1);
}int main()
{char arr[] = "abc";size_t len = my_strlen(arr);printf("%zd\n", len);return 0;
}

2. strcpy

2.1 strcpy函数的理解和使用

该函数是用来进行字符串拷贝的。我们现在来看函数的基本情况。

第一个参数的名字是destination（目的地）。第二个参数是source（源头），即将源头的数据拷贝到destination里面去。例如：

理解：
arr1数组里面放了hello world\0 .我们把arr1和arr2分别传给了我们刚才说的source和destination，我们认为它是一个个字符进行拷贝的，把\0拷贝完成就停止。
这里我们可以看看到底有没有将\0拷贝过去，如下：

此时我们可以看到\0也被拷贝过去了。既然我们需要将\0拷贝过去，那么我们源头中的字符串也需要有\0。如果我们去掉\0会发生什么呢？如下：

拷贝将不会有停下的动作，一直进行拷贝，甚至会越界往后进行修改。
注意：

1. 在拷贝时，我们的目标空间必须足够大，只有足够大，才能放下从源头拷贝过来的数据
2. 目标空间必须可修改，如图：
   
   这里的p是常量字符串，不能进行修改。

2.2 strcpy函数的模拟实现

我们首先创建arr1，里面放上abcdef，再创建一个arr2，里面可以放上20个元素。根据刚才学到的strcpy的参数部分，我们也可以将my_strlen中的参数设置为char * dest 和char * src。暂时我们把返回这里写为void。
我们将arr2和arr1传过去之后，dest和src分别指向如下位置：

这里我们需要将字符一个个拷贝过去，即我们需要进行多次拷贝，我们可以写一个while循环，在里面使dest和src++来不停的往后。当\0也拷贝下来时循环结束，所以我们把条件写为 * src！ = ’\0’,此时\0并没有拷贝下来，我们添加 *dest = * src即可（停下来时 * src为\0，我们此时相当于把‘\0’拷贝过去）。此时代码就完成了。

代码：

#include<stdio.h>
void my_strcpy(char* dest, char* src)
{while (*src != '\0'){*dest = *src;src++;dest++;}*dest = *src;
}int main()
{char arr1[] = "abcdef";char arr2[20] = { 0 };my_strcpy(arr2, arr1);printf("%s\n",arr2);return 0;
}

运行结果：

现在我们进行优化，把代码的改为后置++，用完后再++，然后我们的 * dest++ = * src++和 * dest = * src是有一点重复的，我们需要改为如下写法：

#include<stdio.h>
void my_strcpy(char* dest, char* src)
{while (*dest++ = *src++){;}
}int main()
{char arr1[] = "abcdef";char arr2[20] = { 0 };my_strcpy(arr2, arr1);printf("%s\n",arr2);return 0;
}

理解：
第一次 * src是a，我们将a赋值过去，此时整个表达式的值就为a，a的ASCII码值不为0，为真，进入循环，因为赋值完成以后进行++，则下一次 * src拿到的值就是b，然后再进行该过程，直到 * src指向\0，将\0赋值过去，此时表达式的结果为\0，\0的ASCII码为0，0为假，跳出循环。我们会发现这里我们既可以赋值，赋值产生的值有可以进行判断。
我们还可以对代码进行调整，我们的目的是将src指向的内容拷贝到dest指向的空间里面去，我们不希望src指向的空间被修改。这里可以加const进行修饰，但是解引用之前我们害怕为空指针，我们可以利用assert断言进行处理。

代码：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
void my_strcpy(char* dest, const char* src)
{assert(dest && src);while (*dest++ = *src++){;}
}int main()
{char arr1[] = "abcdef";char arr2[20] = { 0 };my_strcpy(arr2, arr1);printf("%s\n",arr2);return 0;
}

但是strcpy的返回值的类型是char*，与我们自己写的函数是不同的，那使用char * 有什么好处吗？
函数是将原字符串拷贝放到目标空间里面去，我们是期望目标空间发生变化来进行观察。所以函数最终返回目标空间的起始位置。但是我们这里不能直接return dest。因为这里dest不断地++以后，dest指向的不再是起始地址，解决方式是我们创建一个 char * 的ret把未进行改动的dest存一份，最后return ret。

代码：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
char* my_strcpy(char* dest, const char* src)
{char* ret = dest;assert(dest && src);while (*dest++ = *src++){;}return ret;
}int main()
{char arr1[] = "abcdef";char arr2[20] = { 0 };char* ret = my_strcpy(arr2, arr1);printf("%s\n",ret);return 0;
}

运行结果：

此时我们的函数更加灵活，my_strcpy的返回值也可以作为其他函数的参数，实现链式访问。

代码：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
char* my_strcpy(char* dest, const char* src)
{char* ret = dest;assert(dest && src);while (*dest++ = *src++){;}return ret;
}int main()
{char arr1[] = "abcdef";char arr2[20] = { 0 };/*char* ret = my_strcpy(arr2, arr1);*/size_t len = strlen(my_strcpy(arr2, arr1));printf("%zd\n",len);return 0;
}

运行结果：

3.strcat

3.1 strcat函数的理解和使用

该函数的作用是字符串的追加，我们直接上实例进行理解：

我们现在有一个数组arr1，里面存放着hello。我们想在后面追加world。可能有同学会想用strcpy，但是它会将hello给覆盖。所以以我们会使用strcat这个函数。

现在我们研究一下这个函数：

我们不难发现这与我们刚才看到的strcpy的参数是一样的，第一个参数是char * destination，是我们需要追加的对象，第二个参数是const char * source，是需要追加的内容。这个函数的返回值的路线是char *，返回的是目标空间的起始地址（与我们之前讲的strcpy一样）。
我们现在看看是如何追加的：

这里是在第一个\0的位置开始追加world，我们不免会想这里我们是将world的\0追加过来了，还是原来在arr1中的？我们可以测试看看，我们可以在原arr1中添加一个\0并观察试试。


两张图对比我们可以发现，world从hello后面的\0开始追加，world还把它原来的\0也带了过来。

strcat的原理：

1. 找到目标空间中的第一个\0
2. 然后从这个\0的位置开始追加源头字符串
3. 源头字符串的内容，包括\0都会追加到目标空间

注意:
在追加时目标空间的大小要足够长，能够放下我们要追加的数据。其次目标空间要可修改，以便追加数据。因为会将源头字符串字符串的\0追加过去，所以我们的源头字符串要有\0。目标字符串也要有\0，不然不知道从哪里开始追加。

3.2 strcat 函数的模拟实现

我们之前观察过它的参数和返回类型，这些部分是和strcpy一样的。我们就可以仿照来写代码。
我们首先需要在目标空间中找到\0再进行追加，这里我们可以利用while循环往后找，如果 * dest不等于\0,我们就让dest++，直到dest指向\0跳出循环。
之后我们需要将world这个数据拷贝过去 ，这个拷贝数据的代码我们观察已经学习过了，我们可以照搬过来。刚才dest已经指向了\0，现在我们进行拷贝就会将\0覆盖。
接下来我们要返回char * 的数据，即返回目标空间的起始地址，但是我们的dest通过++已经走很远了，我们可以仿照刚才的ret来存放目标空间的起始地址，最后返回ret。当然如果担心我们的指针有效性也可以采用assert断言一下。

代码：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{char* ret = dest;assert(dest && src);while (*dest != '\0')dest++;while (*dest++ = *src++){;}return ret;
}int main()
{char arr1[20] = "hello ";my_strcat(arr1, "world");printf("%s\n", arr1);return 0;
}

运行结果：

思考：
我们能不能自己给自己追加？
进行传参以后我们的dest和src指向的位置为：

程序开始运行以后我们的dest会一直往后找，直到找到\0，之后开始拷贝，此时h就会将原来的\0覆盖，没有\0以后拷贝的这个循环是停不下来的,就会造成死循环的问题。

所以我们通常是不会用这个函数进行对自己追加的操作的。strcat在进行自己给自己追加时会有一定的概率会成功，我们如果想要自己给自己追加可以使用strncat。
好了今天知识就学习到这里，我们下期blog再见！如果文章内容有误，请大佬在评论区斧正！谢谢大家！