C语言标准库的使用及说明

person 区块链    watch_later 2024-07-30 17:57:39
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C 语言的标准库包括了一系列为程序开发提供的预定义函数、宏和数据类型。它们被分成不同的头文件，每个头文件包含相关的功能和操作。以下是 C 语言标准库的详细介绍，包括每个头文件的功能和常用函数的使用。

1. 标准输入输出库 (stdio.h)

  • 功能: 提供输入和输出操作。
  • 常用函数:
    • printf(const char *format, ...)：格式化输出到标准输出（控制台）。
    • scanf(const char *format, ...)：从标准输入读取格式化输入。
    • fopen(const char *filename, const char *mode)：打开文件。
    • fclose(FILE *stream)：关闭文件。
    • fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream)：从文件读取数据。
    • fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream)：向文件写入数据。
    • fseek(FILE *stream, long offset, int whence)：设置文件位置指针。
    • ftell(FILE *stream)：获取文件位置指针。
    • fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)：格式化输出到文件。
    • fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)：从文件读取格式化输入。
    • 示例: 
      #include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "w");
    if (file != NULL) {
        fprintf(file, "Hello, World!\n");
        fclose(file);
    }
    return 0;
}

2. 标准库 (stdlib.h)

  • 功能: 提供内存管理、程序控制和转换功能。
  • 常用函数:
    • malloc(size_t size)：分配内存。
    • calloc(size_t num, size_t size)：分配并初始化内存。
    • realloc(void *ptr, size_t size)：重新分配内存。
    • free(void *ptr)：释放内存。
    • exit(int status)：终止程序。
    • atexit(void (*func)(void))：注册程序退出时执行的函数。
    • atoi(const char *str)：将字符串转换为整数。
    • atof(const char *str)：将字符串转换为浮点数。
    • 示例: 
      #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int *array = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    if (array == NULL) {
        printf("Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        array[i] = i;
    }
    free(array);
    return 0;
}

3. 字符串处理库 (string.h)

  • 功能: 提供字符串操作功能。
  • 常用函数:
    • strlen(const char *str)：计算字符串长度。
    • strcpy(char *dest, const char *src)：复制字符串。
    • strcat(char *dest, const char *src)：连接字符串。
    • strcmp(const char *str1, const char *str2)：比较两个字符串。
    • strstr(const char *haystack, const char *needle)：查找子字符串。
    • 示例: 
      #include <string.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char src[50] = "Hello";
    char dest[50];
    strcpy(dest, src);
    strcat(dest, " World!");
    printf("Combined String: %s\n", dest);
    return 0;
}

4. 字符处理库 (ctype.h)

  • 功能: 提供字符分类和转换功能。
  • 常用函数:
    • isdigit(int c)：判断字符是否为数字。
    • isalpha(int c)：判断字符是否为字母。
    • islower(int c)：判断字符是否为小写字母。
    • isupper(int c)：判断字符是否为大写字母。
    • tolower(int c)：将字符转换为小写。
    • toupper(int c)：将字符转换为大写。
    • 示例: 
      #include <ctype.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char c = 'A';
    if (isupper(c)) {
        printf("Character is uppercase\n");
    }
    c = tolower(c);
    printf("Lowercase: %c\n", c);
    return 0;
}

5. 数学库 (math.h)

  • 功能: 提供数学函数。
  • 常用函数:
    • sin(double x)：计算正弦。
    • cos(double x)：计算余弦。
    • tan(double x)：计算正切。
    • sqrt(double x)：计算平方根。
    • pow(double base, double exponent)：计算幂。
    • log(double x)：计算自然对数。
    • exp(double x)：计算指数函数。
    • 示例: 
      #include <math.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    double value = 16.0;
    double result = sqrt(value);
    printf("Square root of %.2f is %.2f\n", value, result);
    return 0;
}

6. 时间和日期库 (time.h)

  • 功能: 提供时间和日期操作功能。
  • 常用函数:
    • time(time_t *timer)：获取当前时间。
    • localtime(const time_t *timer)：将时间转换为本地时间。
    • gmtime(const time_t *timer)：将时间转换为 UTC 时间。
    • strftime(char *str, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *tm)：格式化时间。
    • 示例: 
      #include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    struct tm *tm_info;
    char buffer[26];

    time(&now);
    tm_info = localtime(&now);

    strftime(buffer, 26, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tm_info);
    printf("Current time: %s\n", buffer);

    return 0;
}

7. 定义库 (limits.h)

  • 功能: 提供数据类型的限制。
  • 常用宏:
    • CHAR_MAX：字符型变量的最大值。
    • INT_MAX：整型变量的最大值。
    • LONG_MAX：长整型变量的最大值。
    • 示例: 
      #include <limits.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("INT_MAX: %d\n", INT_MAX);
    printf("CHAR_MAX: %d\n", CHAR_MAX);
    return 0;
}

8. 错误处理库 (errno.h)

  • 功能: 提供错误码和错误处理功能。
  • 常用宏:
    • errno：错误码变量。
    • perror(const char *str)：打印错误信息。
    • strerror(int errnum)：返回错误码的字符串描述。
    • 示例: 
      #include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("nonexistent.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        perror("Error opening file");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    fclose(file);
    return EXIT_SUCCESS;
}

9. 系统库 (unistd.h)

  • 功能: 提供系统调用和 POSIX 标准函数（主要用于 Unix/Linux 系统）。
  • 常用函数:
    • read(int fd, void *buf, size_t count)：从文件描述符读取数据。
    • write(int fd, const void *buf, size_t count)：向文件描述符写入数据。
    • close(int fd)：关闭文件描述符。
    • fork()：创建进程。
    • exec()：执行程序。
    • 示例: 
      #include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char buf[100];
    ssize_t n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
    if (n > 0) {
        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }
    return 0;
}

10. 动态链接库 (dlfcn.h)

  • 功能: 提供动态链接库的操作功能（主要用于 Unix/Linux 系统）。

  • 常用函数:

    • dlopen(const char *filename, int flags)：加载动态库。
    • dlsym(void *handle, const char *symbol)：获取符号地址。
    • dlclose(void *handle)：关闭动态库。
    • 示例: 
      #include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    void *handle;
    void (*func)();
    char *error;

    handle = dlopen("./libmylib.so", RTLD_LAZY);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        return 1;
    }
    dlerror(); // Clear any existing error

    func = (void (*)())dlsym(handle, "my_function");
    if ((error = dlerror()) != NULL) {
        fprintf(stderr, "%s\n", error);
        return 1;
    }

    func(); // Call the function

    dlclose(handle);
    return 0;
}

11. 标准定义 (stdarg.h)

  • 功能: 提供处理可变参数列表的功能。
  • 常用宏:
    • va_list：可变参数列表类型。
    • va_start(va_list ap, last)：初始化 va_list。
    • va_arg(va_list ap, type)：访问可变参数。
    • va_end(va_list ap)：结束访问。
    • 示例: 
      #include <stdarg.h>
#include <stdio.h>

void print_numbers(int num, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, num);
    for (int i = 0; i < num; i++) {
        printf("%d\n", va_arg(args, int));
    }
    va_end(args);
}

int main() {
    print_numbers(3, 10, 20, 30);
    return 0;
}

12. 多字节字符库 (wchar.h)

  • 功能: 提供宽字符和多字节字符处理功能。
  • 常用函数:
    • wprintf(const wchar_t *format, ...)：宽字符格式化输出。
    • wscanf(const wchar_t *format, ...)：宽字符格式化输入。
    • mbstowcs(wchar_t *dest, const char *src, size_t n)：多字节字符到宽字符的转换。
    • wcstombs(char *dest, const wchar_t *src, size_t n)：宽字符到多字节字符的转换。
    • 示例: 
      #include <wchar.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    wchar_t wstr[] = L"Hello, World!";
    wprintf(L"%ls\n", wstr);
    return 0;
}

13. 标准类型 (stddef.h)

  • 功能: 提供标准类型和宏定义。
  • 常用定义:
    • size_t：无符号整数类型，用于表示对象大小。
    • ptrdiff_t：用于表示两个指针之间的差值。
    • NULL：空指针常量。
    • 示例: 
      #include <stddef.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    size_t size = sizeof(int);
    printf("Size of int: %zu\n", size);
    return 0;
}

这些标准库头文件提供了丰富的功能，使 C 语言能够进行各种基本操作，如内存管理、字符串处理、数学计算、文件操作等。每个头文件中的函数和宏都是根据 C 标准定义的，可以在大多数 C 语言编译器和平台上使用。

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