10｜标准库：字符、字符串处理与数学计算

于航



该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是于航。从这一讲开始，我们将进入到 C 工程实战篇的学习。
在上一个模块中，我主要围绕着 C 语言的七大关键语法，介绍了它们在机器指令层面的实现细节。而接下来，走出语法，从微观到宏观，我们将开始进一步探索 C 语法之外，那些可以用来支撑大型 C 项目构建的特性和技术。
因此，在这一模块中，我会介绍和 C 语言标准库、工程化，以及性能优化等相关的内容。C 标准库是除 C 基本核心语法外，C 语言的另一个重要组成部分。C 标准库中提供了众多的类型、函数和宏，可供我们直接在程序中使用。这些“构建单元”的功能涵盖了多个方面，从简单的文本字符处理，到复杂的线程操作、内存管理等。在继续后面的内容之前，你可以先粗略浏览下图，以对 C 标准库提供的基本功能有个大致的印象。
今天，我们就先来看看 C 标准库中与字符、字符串处理，以及数学运算相关的内容。
C 语言中的字符和字符串在 C 语言中，字符用单引号表示，字符串用双引号表示。比如在下面这段代码中便定义有两个变量，它们分别存放了一个字符类型和一个字符串类型的值。
char c = 'a';
const char* str = "Hello, geek!";
下面，我们就来分别看看与这两种类型有关的重要特性。
字符在 C 语言标准中，不同于其他整数类型（比如 int），字符类型 char 并没有被规定默认的符号性，而其具体符号性则是由编译器和所在平台决定的。虽然在大多数情况下，编译器会选择将默认情况下的 char 类型视为有符号整数类型，但考虑到程序的可用性与可移植性，在实际编码中还是建议显式指定出所定义字符变量的符号性。

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本文主要介绍了C语言中的字符、字符串处理与数学计算相关内容。首先讨论了C标准库的重要性，包括字符、字符串处理和数学运算等多个方面。文章详细介绍了C语言中字符的特性，包括字符类型char的符号性、大小以及ASCII编码的使用，还介绍了C90和C11标准中新增的宽字符类型。此外，文章讨论了字符串在C语言中的定义方式以及在内存中的布局形式，并介绍了C标准库中的字符、字符串处理函数的使用方法，包括统计字符串长度、拼接字符串、拷贝字符串和格式化字符串等。另外，还提到了C标准库头文件ctype.h中包含的字符判断和转换函数。此外，文章还介绍了C标准库中与数学运算相关的函数，包括math.h头文件中包含的精确类型版本和tgmath.h头文件中提供的泛型宏函数版本。最后，文章提到了一些常用的数学运算会被直接映射到对应的机器指令，以获得更高的性能。文章内容深入浅出，为读者提供了深入了解C语言技术特点的入门指南。

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ppd0705
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看了半天也没看懂 tgmath.h 怎么实现泛型的，有大佬帮忙指点一二吗？
作者回复: 可以尝试看看 musl 中的实现：http://git.musl-libc.org/cgit/musl/tree/include/tgmath.h
2022-03-13
2

zxk
如果把 strncpy 函数中第三个参数使用的 strlen 函数更换成 sizeof，那么程序运行会得到什么结果？为什么？会得到 14 个连续的 b。这是由于 sizeof 得到的长度为 7，会导致 strA 的终止符被替换成 b，后面再次读取 strA 的时候由于无法识别到终止符，会继续读取，直到读取到 strB 的终止符才结束。两个字符串加起来就是 14 个 b。
作者回复: 回答正确！
2022-02-01
5
6
Ping
老师能不能介绍一下musl这个库的特点和用途？
作者回复: musl 其实跟我们常用的 glibc（GNU C Library）类似，两者同属于 C 标准库（libc）的一种实现。只是相对来说，glibc 实现较为臃肿，健壮性稍差，存在的潜在漏洞也多。但是实现的功能众多（有很多 C 标准以外的），且使用也很广泛。而 musl 则旨在提供一个轻量级的、ABI 稳定的、且适用于移动设备和嵌入式系统的 libc 实现。它支持的功能上则对标 C 标准。
2021-12-29

3
白花风信子
学到好多细节！不过老师会在后面再深入提提elf文件是怎么加载的嘛qwq。
作者回复: 会的哈，我们会在下一个模块中介绍的。
2021-12-29

3
ppm
怎么没有snprintf的例子
作者回复: 嗯，查了一下才发现 snprintf 比 sprintf 函数更安全一些。新知识很到位！
2021-12-29

1
serika
为什么我 pgrep string | xargs -I {} cat /proc/{}/maps 这条指令打印不出来任何信息呀。虽然第二条指令可以生效，也可以看见字符串的内容，但是地址却和程序本身打印的不一样。这是有什么地址保护的机制吗。我的环境是 ubuntu22 ，gcc 的版本是 11.3.0 。
作者回复: 可以先看看前半部分命令 “pgrep string” 打印的内容是什么。
2022-12-04归属地：湖北

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fei
pgrep string | xargs -I {} cat /proc/{}/maps 这条命令执行时，string进程老早退出了。这个实验要怎么来做呢？
作者回复: 是在什么系统上测试的？
2022-08-05归属地：浙江
2

徐雅清
为什么我在线编译，isalpha(c)的结果是1024呢，复制的老师的代码
作者回复: 很好的问题！需要注意的是，实际上包括 isalpha 在内的一系列字符判断函数，它们的行为是在满足函数格式要求的情况下返回“非零值”，否则返回 0。而这里的非零值具体是多少则视不同的编译器而定。
2022-06-12

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龍蝦
而使用数组形式定义的字符串 strA ，则是将该字符串的数据从 .rodata 中复制到了其他地方，strA 的值为复制后该字符串第一个字符的所在地址。老师，数组形式定义，应该是在栈上直接定义局部变量吧？ #include <stdio.h> int main(void) { const char strA[] = "a"; const char* strB = "a"; return 0; } .LC0: .string "a" main: push rbp mov rbp, rsp mov WORD PTR [rbp-10], 97 mov QWORD PTR [rbp-8], OFFSET FLAT:.LC0 mov eax, 0 pop rbp ret
作者回复: “数组形式定义，应该是在栈上直接定义局部变量吧？”是的哈。我们这里文中提到的“复制”是指对同样的这段数据，编译器会通过其他的方式使用，并不是说在机器指令层面有复制的过程。
2022-03-02

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shk1230
什么叫泛型宏？
作者回复: 这里实际上就是对 tgmath.h 中的这些支持泛型参数的宏函数简称哈。
2022-02-26

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