C标准库学习

前言

C标准库源码可通过下列两个网站进行查看：The GNU C Library、Welcome to uClibc-ng! - Embedded C library

以下学习记录也是以这两个网站提供的库函数源码进行学习的。

字符串相关

strcpy()函数

头文件：#include <string.h>

函数原型：char *strcpy(char *dest, const char *src);

函数描述：将src指向的字符串拷贝到dest，包括结束符'\0'。字符串不能重叠，并且dest有足够的空间接收拷贝的字符串。

返回值：返回指向dest存放字符串的指针。

函数原型：

char *strcpy(char *dest, const char *src)
{
	char *dst = dest;

	while ((*dst = *src) != '\0') {
		src++;
		dst++;
	}

	return dest;
}

可以看出，函数中并不会检查dest的空间大小，只会拷贝字符串直到遇到src字符串的结束符'\0'，因此dest的空间大小需要用户保证。

测试用例一：dest空间大于src指向的字符串个数。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char *str_original = "0123456789";
    char buf_dest[12] = {0};
    char *ret = NULL;
    int i = 0;

    for (i = 0; i < sizeof(buf_dest); i++)
        buf_dest[i] = 1;

    printf("dest:0x%x\n", buf_dest);
    ret = strcpy(buf_dest, str_original);
    printf(" ret:0x%x\n", ret);
    for (i = 0; i < sizeof(buf_dest); i++)
        printf("%d ", buf_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

编译，运行结果：

$ ./a.out
dest:0xca8e26c0
 ret:0xca8e26c0
48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 0 1

可以看出，字符串拷贝的时候会拷贝字符串结束符'\0'。

测试用例二：dest空间小于src指向的字符串个数（错误用法）。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char *str_original = "0123456789";
    char buf_dest[5] = {0};
    char *ret = NULL;
    int i = 0;

    for (i = 0; i < sizeof(buf_dest); i++)
        buf_dest[i] = 1;

    printf("dest:0x%x\n", buf_dest);
    ret = strcpy(buf_dest, str_original);
    printf(" ret:0x%x\n", ret);
    for (i = 0; i < sizeof(buf_dest); i++)
        printf("%d ", buf_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

编译，运行：

由于dest没有以'\0'结尾，因此printf打印的信息是错误的，访问的内容已经超过了dest的空间。

测试用例三：内存重叠

参考博客：strcpy函数的实现 - Norcy - 博客园 (cnblogs.com)

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char str[12] = "hello";
    strcpy(str + 1, str);  //存在段错误
    printf("%s\n", str);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char str[12] = "hello";

    strcpy(str, str+1);
    printf("%s\n", str);   //打印输出ello

    return 0;
}

第一种情况：strcpy(str + 1, str)，这种情况下dest指向'e'，而src第一个字符为'h'，当拷贝的时候，'\0'结束符会被覆盖掉，导致一直拷贝，陷入死循环。

第二种情况：strcpy(str, str+1)，这种情况下，仅拷贝"ello"。

strncpy()函数

头文件：#include <string.h>

函数原型：char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);

函数描述：功能和strcpy函数类似，但仅拷贝src的n字节给dest。另外如果n字节中没有结束符'\0'，那么拷贝完后，dest中是不会有结束符的，这个需要注意。如果src的长度小于n字节，将会在拷贝src字符串之后继续拷贝结束符给dest，直到满足n字节。

函数原型：

char *strncpy (char *s1, const char *s2, size_t n)
{
    reg_char c;
    char *s = s1;

    --s1;

    if (n >= 4)
    {
        size_t n4 = n >> 2;
        for ( ; ; )
        {
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            if (--n4 == 0)
                goto last_chars;
        }
        n = n - (s1 - s) - 1;
        if (n == 0)
            return s;
        goto zero_fill;
    }

last_chars:
    n &= 3;
    if (n == 0)
        return s;

    do
    {
        c = *s2++;
        *++s1 = c;
        if (--n == 0)
            return s;
    } while (c != '\0');

zero_fill:
    do
        *++s1 = '\0';
    while (--n > 0);

    return s;
}

测试用例一：src字符串长度大于n，且前n个字符中存在结束符，则只会拷贝到第一个结束符时就结束拷贝。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char str_original[] = {'a', '\0', 'b', '\0', 'c', 'd', 'e', '\0'};
    char str_dest[8] = {0};
    int i = 0;

    strncpy(str_dest, str_original, 8);
    for (i = 0; i < 12; i++)
        printf("%d ", str_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

编译，运行：

$ ./a.out
97 0 0 0 0 0 0 0

测试用例二：src字符串长度大于n，且前n个字符中不存在结束符，则会拷贝n个字符。处理这种情况，一般需要自己去在dest末尾添加一个结束符。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char str_original[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', '\0'};
    char str_dest[5] = {0};
    int i = 0;

    strncpy(str_dest, str_original, 5);
    for (i = 0; i < 5; i++)
        printf("%d ", str_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

编译，运行：

$ ./a.out
97 98 99 100 101

测试用例三：src字符串长度小于n，将会在拷贝src字符串之后继续拷贝结束符给dest，直到满足n字节。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char str_original[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', '\0'};
    char str_dest[12] = {0};
    int i = 0;

    for (i = 0; i < 12; i++)
        str_dest[i] = 1;

    strncpy(str_dest, str_original, 12);
    for (i = 0; i < 12; i++)
        printf("%d ", str_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

编译，运行：

$ ./a.out
97 98 99 100 101 102 0 0 0 0 0 0