C標準函數庫

C標準函數庫是所有符合標準的頭文件的集合，以及常用的函數庫實現程序，例如I/O 輸入輸出和字符串控制。不像 COBOL、Fortran 和 PL/I等編程語言，在 C 語言的工作任務里不會包含嵌入的關鍵字，所以幾乎所有的 C 語言程序都是由標準函數庫的函數來創建的。

每一個函數的名稱與特性會被寫成一個電腦文件，這個文件就稱為頭文件，但是實際的函數實現是被分存到函數庫文件里。頭文件的命名和領域是很常見的，但是函數庫的組織架構也會因為不同的編譯器而有所不同。標準函數庫通常會隨附在編譯器上。因為 C 編譯器常會提供一些額外的非 ANSI C 函數功能，所以某個隨附在特定編譯器上的標準函數庫，對其他不同的編譯器來說，是不兼容的。

本篇介紹若干常用的標準C函數的用法，主要介紹stdio（標準輸入輸出）、math（數字函數庫）、time（時間函數庫）、stdlib（標準函數庫）string（標準字符串函數）等。

1.1 stdio.h

標準輸入/輸出函數，stdio即standard input/output。其中文件操作相關API在單獨一章中介紹。

#include 《stdio.h》

char getchar（void）; // 控制臺輸入一個字符

int putchar（int c）; // 控制臺輸出一個字符

char *gets（char *s）; // 控制臺輸入一個字符串

int puts（const char *s）; // 控制臺輸出一個字符串

int printf（const char *format， 。。。）; // 控制臺格式化輸出

int scanf（const char *format， 。。。）; // 控制臺格式化輸入

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

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

1.1.4 sprintf與sscanf

適用于string版本的格式化輸入/輸出，其目標不是控制臺，而是一個字符串。這兩個函數非常有用。

用sprintf格式化一個字符串，例如，

［cpp］ view plain copychar buf ［256］;

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

此代碼將目標buf格式化為： Name： LiMing， Age 30， Height： 1.68

用sscanf從一個具有格式的字符串中提取固定字段，和scanf的用法類似，要求在格式上要嚴格匹配。以下代碼從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

提供了一系列數學相關的函數，如三角函數、指數/對數、冪/根號等。

#include 《math.h》

double abs（double x）; // 取絕對值

double cos（double x）; // 余弦cos， 參數是弧度值

double sin（double x）; // 正弦sin， 參數是弧度值

double tan（double x）; // 正切 tan， 參數是弧度值

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

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

double exp（double x）; // 求ex

double log（double x）; // ln（x）， 以e為底的對數

double log10（double x）; // lg（x）， 以10為底的對數

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

double sqrt（double x）; // 求平方根 x1/2

需要補充說明的是，這里所列的幾乎所有函數都至少有2個版本，分別是double型和float型參數。例如，

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

float sqrt（float x）;

以下代碼編譯錯誤，

［cpp］ view plain copydouble result = sqrt （16）; // 編譯錯誤

為什么會有編譯錯誤呢？因為字面常量16是int型，在匹配函數時，sqrt（float）與sqrt（double）均被匹配，int可以隱式轉換成float和double。必須要顯示把參數強轉為double或float。

如果要對一個整數調用sqrt函數，那么就必須顯式的強轉成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求絕對值

例如 ，

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

1.2.2 cos/sin/tan三角函數

其單位都是弧度值。例如，

［cpp］ view plain copy#define PI 3.1415926535898

double ret = sin （ PI / 2）; // sin （pi/2）結果應為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指數/對數/冪/平方根

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1.3 time.h

time.h中提供了時間/日期相關的函數。這里僅列出常用的幾個函數。

#include 《time.h》

struct tm *localtime（const time_t *tod）; // 當“秒值”轉成“年月日時分秒”

time_t mktime（struct tm *tptr）; // 將“年月日時分秒”轉成“秒值”

time_t time（time_t *tod）; // 取得當前時間

其中，需要介紹time_t和struct tm這兩個類型。

1.3.1 time_t

time_t是一個typedef的類型，目前在各種操作系統上time_t類型都是一個整數類型，差不多就是

typedef long time_t;

這種類似的定義，在各種場合都可以認為它是int型。當然，保險起見也可以顯式的強轉一下。它的單位是秒。

［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是一個結構，它的定義是，

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/時間，有幾個字段組成：年，月，日，時，分，秒，weekday和yearday。其中，

年：從1900開始算，tm_year = 114表示年份 1900 + 114 = 2014

月：范圍是［0，11］， tm_mon = 11表示月份 12

日：范圍是［1，31］， tm_mday = 24表示該月的第24天

時： 范圍是［0，23］，tm_hour = 13表示下午13時

分： 范圍是［0，59］， tm_min = 40表示第40分鐘

秒：范圍是［0，59］， tm_sec = 40表示第40秒鐘

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

tm_yday： 范圍是［0，365］，tm_yday=299，表示當年的第300天

當tm_min和tm_sec都為0時，表示整點時間。如12:00:00。

例如，2014-12-11 11:47:12這個時間可以用下面的代碼賦值：

［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時

info.tm_min = 47; // 47分

info.tm_sec = 12; // 12分

1.3.3 time取得系統當前時間

time函數可以取得系統當前時間，返回值是一個秒值。例如，

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

為什么一個整數秒值可以表示當前的時間呢？是這么規定的，time函數返回的是自1970-1-1 00:00:00這個時間點開始至當前時刻的時間差。它是一個比較大的整數，例如1418270153表示的是2014-12-11 11:55:53這個時刻。

利用time函數時可以計算程序運行了多少時間，如下面的代碼：

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

。。。 DoSomething 。。。

time_t end = time （NULL）;

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

當然這個DoSomething要運行相當時間才行，因為time的粒度較大，返回是秒值。如果你的DoSomething只耗費了幾毫秒的話，那么用time根本無法衡量。不過，可以成倍的量化一下，比較，將DoSomething連續運動10000次，看需要的總時間，然后再平均一下得出單次需要的時間。

［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（）得到年月日時分秒

雖然用一個time_t整數來表示當前系統時間是比較方便的，但有時候還是希望能轉化成年月日時分秒的形式來顯示，畢竟肉眼無法直接看一個time_t值到底是哪一個日期。

localtime函數可以將time_t所表示的時間轉化成年月日時分秒，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*類型，應該用一個tm變量將內容保存起來。

事實上，用time_t來記錄時間更方便，只用一個整數（占4個字節）就表達了日期和時間信息。在保存和傳輸的時候，應該盡量用time_t類型。只是在最終顯示的時候，用localtime轉成人類易讀的yyyy-mm-dd HH:MM:SS格式。

1.3.5 mktime構造時間

當已知了年月日時分秒信息，可以用mktime換算成time_t值。例如，把2014-12-11 11:47:12轉成time_t值，

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1.4 stdlib.h

這一節將介紹stdlib.h里提供的API，下面列表其中主要的幾個函數：

#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 字符串轉成數字

例如，

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

double f = atof（”12.80“）;

其實完全可以用sscanf來完成相同的事情，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更簡潔一些。

1.4.2 rand / srand 隨機數生成

在抽簽、抽獎等涉及“隨機事件”的應用場景中，需要隨機數生成函數。由于計算機中并沒有隨機性和偶然性，想制造一個隨機數實際上是一件比較困難的事情。要真正隨機的數字，需要購置在非常昂貴的硬件，這些硬件利用某些自然科學的規則來生成隨機數，因為價格昂貴，所以專業的隨機數生成器只用于專業用途。我們這里介紹的適用普通PC機能夠勝任的“偽隨機數”生成函數，能夠生成近似隨機的數據就可以了。

rand函數用于生成隨機數，該函數返回一個整數。調用以下代碼測試一下：

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

{

printf（”%d \n“， rand（））;

}

控制臺輸出了10個完全沒有規律的數字，因為完全無規律可循，所以稱它為隨機數。這里為了顯示方便，只生成了10個隨機數，實際上可以改成1000次、10000次試試，會發現它確實是雜亂無章、完全沒有規律的出現的。

那么為什么說它是“偽隨機數”呢？說明它沒有真正的實現“隨機”。可以這么驗證一下，把相同的程序反復運行數次，會發現每次程序運行輸出的結果都是相同的一個序列的數字。例如，第一次運行程序的時候輸出13435 31833 5075 19863 30565 11677 1339 4096 31105 9088等10個隨機數，當關閉程序再次運行時，輸出的10個隨機數還是這10個數。

為了解決這個問題，stdlib.h里提供了srand函數。srand函數用于為程序設置一個種子（seed），當種子不同時，程序產生的隨機數序列也不同。srand只需要在程序開始時設置一次，例如，可以在main（）函數開始時運行一次。種子怎么定呢？要保證程序每次運行時，這個種子的值不同，一般來說是取系統時間來作為種子的。

［cpp］ view plain copyvoid main（）

{

srand （time （NULL））;

。。。 do something else 。。。

}

每次程序運行時，time（NULL）返回的時間是不同的，于是srand每次都是使用了不同的種子。在程序中再調用rand（）來生成隨機數時，會發現每次程序運行生成的隨機數序列是不同的。

在實際應用中如何使用rand函數呢？例如，有一種彩票叫“七星彩”，每次生成的中獎號碼是7個屆于0~9之間的隨機數字。可以用rand來隨機生成一注號碼。

［cpp］ view plain copyvoid main（）

{

srand （time （NULL））;

int code［7］; // 一注號碼為7個數字

for（int i=0; i《7; i++）

{

int r = rand （） % 10; // 取模使每個數字界于0~9之間

code［i］ = r;

}

}

注意，一般都要為rand（）生的隨機數指定一個區間。

生成［100，120］之間的隨機數，

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

生成［0，1］區間的隨機小數，

double r = rand（）/ （double）RAND_MAX;

其中， RAND_MAX在VC下的定義是32767，在其他操作系統下可能是其他值。

例題：給定10個數，要求從中每次隨機選出5個數。

思路：首先，從10個數里面隨機挑選出1個數，然后再從剩下的9個數里挑選1個，然后再從剩下的8個數里挑選1個。。。。。。

設計：用一個flags數組來表示哪個數已經被選中了，例如 flags［3］ = 1表示第第4個數已經被選中，flags［9］=0表示第10個數未被選中。

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1.4.3 system 調用系統命令行

用system函數可以調用系統命令行，在windows下可以執行DOS命令行， 在linux下SHELL命令行。比如，刪除d：\aaa.pdf這個文件，

system （”del /F /Q d：\\aaa.pdf“）;

其實原則上并不限于DOS命令，所以的命令行都可以運行的。例如，調用瀏覽器打開一個網站，

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

1.5 string.h

string.h中提供了一系統內存操作函數及字符串操作函數。在學習本節之前，一定要先學習第15章中，掌握字符串的意義。

#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）; // 字符串比較

char *strcpy（char *s1， const char *s2）; // 拷貝字符串

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

size_t strlen（const char *s）; // 計算長度

int memcmp（const void *s1， const void *s2， size_t n）; //按內存比較

void *memcpy（void *s1， const void *s2， size_t n）; // 按內存拷貝

void *memmove（void *s1， const void *s2， size_t n）; // 移動數據

void *memset（void *s， int c， size_t n）; // 按字節填充內存

1.5.1 strcpy拷貝字符串

strcpy（a，b）用于將字符串b拷貝到目標緩沖區，

如，

［cpp］ view plain copychar buf［128］;

strcpy（buf， ”LiMing“）; // 目標緩沖區內容拷貝為”LiMing“

1.5.2 strcat拼接字符串

strcat（a，b）用于將字符串b拼接于字符串a，也就是說把字符串拷貝到目標字符串的末尾。此函數要求目標緩沖區足夠大，

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

void main（）

{

char a ［128］ = ”hello“;

char b ［］ = ”world“;

strcat（a， b）; // 目標a結果為”helloworld“

}

1.5.3 strcmp比較字符串

關于字符串比較的意義在第15章已經講述。strcmp（a，b）用于比較字符串，當返回為0時表示完全相等，小于0時表示a《b，大于0時表示a》b。

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

1.5.4 strlen求字符串長度

字符串求長度時，結束符‘\0’不計算在內。例如，

［cpp］ view plain copyint n = strlen（”LiMing“）; // 返回長度n為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，并返回第一處匹配的位置。其返回值是char*類型，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內存填充

［cpp］ view plain copymemset（s， c， n）用于向目標緩沖區s中添加n個相同的字符c，例如，

unsigned char buf［128］;

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

memset（buf， 0xFF， 128）; // 全部填充為0xFF

memset（buf， 0x55， 100）; // 前100個字節填充為0x55

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

1.5.8 memcpy內存拷貝

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1.5.9 memcmp內存比較

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其中，a和b的比較是容易得出結果的 ，但a與c的比較呢？由于要轉成unsigned char再比較，所以c》a。

1.5.10 memmove移動數據

memmove（dst， src， n）用于在內存中移動數據，將開始于src的n個字節移動到dst位置，這個函數的強大之處在于它允許src和dst有交迭。

例如，利用這個函數我們可以實現在字符串中插入字符，當插入字符串如果將插入點之后的所有字符后移，

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1.6 stdarg.h

stdarg.h中的接口用于實現省略號參數。在函數中曾經指出，函數參數有一個特殊形式，就是不指定個數和類型，直接用省略號表示。

void test （。。。）

當參數為省略號時，可以輸入任意個數的參數，而且參數的類型不受限制。我們觀察printf函數的原型，發現它就是使用了省略號參數，

int printf（const char *format， 。。。）;

printf的第一個參數為字符串類型，用于傳遞格式參數， 而后面的省略號處可以傳遞0..N個參數。這種靈活的傳參方式在某此特殊場合會用到。下面就指出一種應用需求并給出其實現方法。

需求：自定義一個函數用于日志輸出，在輸出的時候自動添加日期時期信息、日志等級，其原型要求是這種形式，

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

其中， level為日志級別：level=0時，顯示ERR， level=1時顯示：WRN， level=2時顯示INF， level=3時顯示DBG。

在調用的時候要求跟printf類似地使用格式化控制符來控制輸出，并前綴以日期顯示：

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

此需求實際上就是要實現一個自定義的打印函數，

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

#include 《string.h》

#include 《stdarg.h》

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

{

// 打印日志等級

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）;

// 將省略號參數格式化成字符串

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;

}

對省略號參數的核心處理是這幾行代碼：

［cpp］ view plain copyva_list args;

va_start（args， fmt）;

。。。 此處已經將參數取得在args里。。。

va_end（args）;

能夠以va_list作為參數的函數有vsprintf， vprintf， vfprintf，其原型是：

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

int vsprintf（char *s， const char *format， va_list ap）; // 輸出到字符串緩沖區

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