C 语言标准库提供了一系列功能强大且常用的库函数，极大地扩展了 C 语言的功能。以下将详细介绍几个常用的标准库及其函数，包括 <math.h>、<stdlib.h>、<time.h> 等，涵盖数学运算、通用工具函数、时间处理等方面。

1. <math.h> —— 数学库

<math.h> 提供了许多数学函数，包括基本的三角函数、指数函数、对数函数等。常用函数如下：

1.1 三角函数

• double sin(double x)：返回 x 的正弦值，x 以弧度为单位。
• double cos(double x)：返回 x 的余弦值。
• double tan(double x)：返回 x 的正切值。
• double asin(double x)：返回 x 的反正弦值，结果为弧度。
• double acos(double x)：返回 x 的反余弦值。
• double atan(double x)：返回 x 的反正切值。

示例：计算角度的正弦值

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main() {
    double angle = 0.5; // 弧度值
    double sine_value = sin(angle);
    printf("sin(%.2f) = %.2f\n", angle, sine_value);
    return 0;
}

1.2 幂运算和对数函数

• double pow(double base, double exp)：计算 base 的 exp 次幂。
• double sqrt(double x)：返回 x 的平方根。
• double exp(double x)：计算 e 的 x 次幂。
• double log(double x)：返回 x 的自然对数。
• double log10(double x)：返回 x 的以 10 为底的对数。

示例：计算幂和平方根

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main() {
    double base = 2.0;
    double exponent = 3.0;
    double result = pow(base, exponent);
    printf("%.2f^%.2f = %.2f\n", base, exponent, result);

    double num = 16.0;
    printf("sqrt(%.2f) = %.2f\n", num, sqrt(num));
    return 0;
}

1.3 舍入函数

• double ceil(double x)：返回大于等于 x 的最小整数。
• double floor(double x)：返回小于等于 x 的最大整数。
• double round(double x)：返回最接近 x 的整数。

示例：舍入操作

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main() {
    double num = 5.67;
    printf("ceil(%.2f) = %.2f\n", num, ceil(num));
    printf("floor(%.2f) = %.2f\n", num, floor(num));
    printf("round(%.2f) = %.2f\n", num, round(num));
    return 0;
}

2. <stdlib.h> —— 通用工具库

<stdlib.h> 提供了通用的工具函数，包括动态内存管理、随机数生成、排序、转换等功能。

2.1 动态内存管理

• void *malloc(size_t size)：分配 size 字节的内存，返回指向分配内存的指针。
• void *calloc(size_t nmemb, size_t size)：分配 nmemb * size 字节的内存，并初始化为 0。
• void *realloc(void *ptr, size_t size)：重新分配内存，将 ptr 指向的内存扩展到 size 字节。
• void free(void *ptr)：释放 ptr 指向的内存。

示例：动态分配内存

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *arr;
    int n = 5;

    // 分配内存
    arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }

    // 初始化并打印
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i * 2;
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    // 释放内存
    free(arr);
    return 0;
}

2.2 随机数生成

• int rand(void)：生成一个 0 到 RAND_MAX 之间的随机整数。
• void srand(unsigned int seed)：设置随机数生成的种子。

示例：生成随机数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main() {
    srand(time(NULL)); // 用当前时间设置随机种子

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", rand() % 100); // 生成 0-99 之间的随机数
    }

    return 0;
}

2.3 数值转换

• int atoi(const char *nptr)：将字符串转换为整数。
• double atof(const char *nptr)：将字符串转换为浮点数。
• long strtol(const char *nptr, char **endptr, int base)：将字符串转换为长整数，可以指定基数。

示例：字符串转换为数值

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char str1[] = "123";
    char str2[] = "45.67";

    int num1 = atoi(str1);   // 转换为整数
    double num2 = atof(str2); // 转换为浮点数

    printf("num1 = %d, num2 = %.2f\n", num1, num2);
    return 0;
}

2.4 排序和查找

• void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *))：快速排序函数。
• void *bsearch(const void *key, const void *base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *))：二分查找函数。

示例：排序数组

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int compare(const void *a, const void *b) {
    return (*(int *)a - *(int *)b);
}

int main() {
    int arr[] = {5, 2, 9, 1, 7};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    qsort(arr, n, sizeof(int), compare); // 排序

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}

3. <time.h> —— 时间库

<time.h> 提供处理日期和时间的函数。

3.1 时间获取与转换

• time_t time(time_t *tloc)：返回当前的日历时间（从 1970 年 1 月 1 日的秒数）。
• struct tm *localtime(const time_t *timer)：将 time_t 类型的时间转换为当地时间的 tm 结构。
• char *asctime(const struct tm *timeptr)：将 tm 结构转换为字符串表示的时间。

示例：获取当前时间并格式化输出

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() {
    time_t now;
    time(&now); // 获取当前时间

    struct tm *local = localtime(&now); // 转换为本地时间

    printf("当前时间: %s", asctime(local)); // 格式化输出
    return 0;
}

3.2 时间间隔与延时

• double difftime(time_t time1, time_t time0)：返回 time1 与 time0 之间的秒数差。
• void sleep(unsigned int seconds)：暂停执行一段时间（非标准库函数，但常用）。

示例：计算时间差

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() {
    time_t start, end;
  
    start = time(NULL); // 获取起始时间
    for (int i = 0; i < 100000000; i++); // 模拟延时
    end = time(NULL); // 获取结束时间

    double seconds = difftime(end, start);
    printf("程序运行时间: %.2f 秒\n", seconds);
    return 0;
}

4. 其他常用库

4.1 <string.h> —— 字符串处理库

<string.h> 提供了一系列用于处理字符串的

函数，如字符串复制、连接、比较等。

• strcpy、strncpy：字符串复制。
• strcat、strncat：字符串连接。
• strcmp、strncmp：字符串比较。
• strlen：计算字符串长度。
• strstr：查找子字符串。

示例：字符串操作

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

int main() {
    char str1[20] = "Hello";
    char str2[] = "World";

    strcat(str1, str2); // 字符串连接
    printf("%s\n", str1); // 输出 "HelloWorld"

    printf("字符串长度: %zu\n", strlen(str1)); // 计算字符串长度
    return 0;
}

4.2 <stdio.h> —— 标准输入输出库

提供了输入输出功能，如 printf、scanf、fopen、fclose、fgetc、fputc 等。

示例：使用 printf 和 scanf

#include <stdio.h>

int main() {
    int a;
    printf("请输入一个整数: ");
    scanf("%d", &a);
    printf("你输入的整数是: %d\n", a);
    return 0;
}

这些标准库函数可以大大简化 C 语言编程，方便实现常见功能。