标准C函数库的使用方法

本篇介绍若干经常使用的标准C函数的使用方法，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。

最后更新 2015-03-17

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1.1         stdio.h

标准输入/输出函数，stdio即standard input/output。当中文件操作相关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版本号的格式化输入/输出。其目标不是控制台，而是一个字符串。这两个函数很实用。

用sprintf格式化一个字符串，比如，

char  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的使用方法类似，要求在格式上要严格匹配。

下面代码从字符中提供取年月日的值。

char*  src = "2014-12-11";
int year, month, day;
int  n =  sscanf ( src,
"%d-%d-%d",
 &year, &month, &day);
if( n == 3)
{
      // 成功提取了全部字段
}

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, 參数是弧度值

double sin(double x);   // 正弦sin, 參数是弧度值

double tan(double x);  // 正切 tan, 參数是弧度值

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

须要补充说明的是，这里所列的差点儿全部函数都至少有2个版本号，各自是double型和float型參数。比如，

double sqrt(double x);
float sqrt(float x);

下面代码编译错误。

double result = sqrt (16);  // 编译错误

为什么会有编译错误呢？由于字面常量16是int型，在匹配函数时，sqrt(float)与sqrt(double)均被匹配，int能够隐式转换成float和double。必需要显示把參数强转为double或float。

假设要对一个整数调用sqrt函数，那么就必须显式的强转成double或float。比如，

double result = sqrt ((double)16);  // OK
或
float result = sqrt ((float)16);  // OK

1.2.1       abs求绝对值

比如 ，

double  a =  abs ( -12.34);

1.2.2       cos/sin/tan三角函数

其单位都是弧度值。

比如，

#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。

比如，

       double  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。这里仅列出经常使用的几个函数。

#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

当中。须要介绍time_t和struct tm这两个类型。

1.3.1       time_t

time_t是一个typedef的类型，眼下在各种操作系统上time_t类型都是一个整数类型。差点儿相同就是

typedef long time_t;

这样的类似的定义，在各种场合都能够觉得它是int型。当然，保险起见也能够显式的强转一下。

它的单位是秒。

time_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。当中，

年：从1900開始算，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。

比如，2014-12-11 11:47:12这个时间能够用以下的代码赋值：

tm 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函数能够取得系统当前时间，返回值是一个秒值。比如，

time_t  now = time (NULL);

为什么一个整数秒值能够表示当前的时间呢？是这么规定的，time函数返回的是自1970-1-1 00:00:00这个时间点開始至当前时刻的时间差。它是一个比較大的整数。比如1418270153表示的是2014-12-11 11:55:53这个时刻。

利用time函数时能够计算程序执行了多少时间，如以下的代码：

time_t  start = time (NULL);
... DoSomething ...
time_t  end = time (NULL);
printf("Time cost : %d seconds", end - start );
 

当然这个DoSomething要执行相当时间才行，由于time的粒度较大，返回是秒值。假设你的DoSomething仅仅耗费了几毫秒的话。那么用time根本无法衡量。只是，能够成倍的量化一下，比較。将DoSomething连续运动10000次。看须要的总时间，然后再平均一下得出单次须要的时间。

time_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

尽管用一个time_t整数来表示当前系统时间是比較方便的，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值究竟是哪一个日期。

localtime函数能够将time_t所表示的时间转化成年月日时分秒，比如，

time_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。

其实，用time_t来记录时间更方便，仅仅用一个整数（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。仅仅是在终于显示的时候，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，能够用mktime换算成time_t值。比如，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，以下列表当中基本的几个函数：

#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

比如。

int  n  = atoi("1280");
double  f =  atof("12.80");

事实上全然能够用sscanf来完毕同样的事情，比如。

int 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，须要随机数生成函数。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較困难的事情。要真正随机的数字。须要购置在很昂贵的硬件，这些硬件利用某些自然科学的规则来生成随机数，由于价格昂贵。所以专业的随机数生成器仅仅用于专业用途。

我们这里介绍的适用普通PC机可以胜任的“伪随机数”生成函数，可以生成近似随机的数据就行了。

rand函数用于生成随机数，该函数返回一个整数。调用下面代码測试一下：

for(int i=0; i<10; i++)
{
   printf("%d \n", rand());
}

控制台输出了10个全然没有规律的数字，由于全然无规律可循，所以称它为随机数。这里为了显示方便，仅仅生成了10个随机数，实际上能够改成1000次、10000次试试，会发现它确实是杂乱无章、全然没有规律的出现的。

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”。

能够这么验证一下。把同样的程序重复执行数次。会发现每次程序执行输出的结果都是同样的一个序列的数字。

比如，第一次执行程序的时候输出13435 31833 5075 19863 30565 11677 1339 4096 31105 9088等10个随机数。当关闭程序再次执行时。输出的10个随机数还是这10个数。

为了解决问题。stdlib.h里提供了srand函数。srand函数用于为程序设置一个种子(seed)，当种子不同一时候。程序产生的随机数序列也不同。srand仅仅须要在程序開始时设置一次，比如。能够在main()函数開始时执行一次。种子怎么定呢？要保证程序每次执行时，这个种子的值不同，一般来说是取系统时间来作为种子的。

void main()
{
       srand (time (NULL));
       ... do something else ...
}

每次程序执行时。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，会发现每次程序执行生成的随机数序列是不同的。

在实际应用中怎样使用rand函数呢？比如。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。

能够用rand来随机生成一注号码。

void 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;  // 取模使每一个数字界于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，

int r =  100 + rand () % 20;

生成[0,1]区间的随机小数。

double r = rand()/ (double)RAND_MAX;

当中, RAND_MAX在VC下的定义是32767。在其它操作系统下可能是其它值。

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。比如 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函数能够调用系统命令行。在windows下能够运行DOS命令行, 在linux下SHELL命令行。比方。删除d:\aaa.pdf这个文件，

system ("del /F /Q  d:\\aaa.pdf");

事实上原则上并不限于DOS命令，所以的命令行都能够执行的。

比如，调用浏览器打开一个站点，

system ("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); // 字符串比較

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); //按内存比較

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复制到目标缓冲区，

如，

char  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，也就是说把字符串复制到目标字符串的末尾。

此函数要求目标缓冲区足够大。

#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比較字符串

关于字符串比較的意义在第15章已经讲述。

strcmp(a,b)用于比較字符串，当返回为0时表示全然相等。小于0时表示a<b，大于0时表示a>b。

int  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。比如，

int  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。

char* 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

memset(s, c, n)用于向目标缓冲区s中加入n个同样的字符c。比如，
unsigned char buf[128];
memset(buf, 0, sizeof(buf));  // 所有填充为0
memset(buf, 0xFF, 128); // 所有填充为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内存比較

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当中。a和b的比較是easy得出结果的 ，但a与c的比較呢？因为要转成unsigned char再比較，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，将開始于src的n个字节移动到dst位置，这个函数的强大之处在于它同意src和dst有交迭。

比如，利用这个函数我们能够实如今字符串中插入字符，当插入字符串假设将插入点之后的全部字符后移，

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1.6         stdarg.h

stdarg.h中的接口用于实现省略号參数。在函数中以前指出，函数參数有一个特殊形式。就是不指定个数和类型，直接用省略号表示。

void  test (...)

当參数为省略号时。能够输入随意个数的參数，并且參数的类型不受限制。

我们观察printf函数的原型，发现它就是使用了省略号參数，

int printf(const char *format, ...);

printf的第一个參数为字符串类型。用于传递格式參数, 而后面的省略号处能够传递0..N个參数。这样的灵活的传參方式在某此特殊场合会用到。

以下就指出一种应用需求并给出事实上现方法。

需求：自己定义一个函数用于日志输出，在输出的时候自己主动加入日期时期信息、日志等级，其原型要求是这样的形式。

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

当中, 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己定义的打印函数，

#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);

       // 将省略号參数格式化成字符串
       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;
}

对省略号參数的核心处理是这几行代码：

va_list args;
va_start(args, fmt);
... 此处已经将參数取得在args里...
va_end(args);

可以以va_list作为參数的函数有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

1.7         习题

1)        求三角函数值：sin(30°),  tan(45°)

2)        取得系统当前的日期和日期。并打印输出。比如“2015-03-03 16:40:01”

3)        某人的生日是1982年3月1日，求出这一天是周几。

4)        当前日期是2015-03-03。请计算出128天以后的日期。并打印出来。

5)        双色球机选一注的规则是：从编号为1，2，...，33的红球内随机选出6个不同的红球，并从编号为1。2。...，16的蓝球内随机选中1个蓝球。

试编写函数。实际机选功能。

void   red_balls (int  selected[] ); // 当中selected为输出參数

void   blue_ball (int* selected); // 当中selected为输出參数

6)        提示用户输入一个字符串：当输入为YES/yes/Yes，打印输出“您已允许”；当输入为NO/no/No时，打印输出“您已拒绝”。

7)        有一段字符文本以\r\n作为行尾结束符，请写一个函数，把每行的内容依次打印出来并在前面加上行号。

比如。输入文本为"Hello\r\nWorld\r\nGood Morning\r\nOK"。输出为：

01 Hello

02 World

03 Goold Morning

04 OK