c标准库

前言

学习c语言十几年了，却从来没有完整的将c标准库看一看，我想在这一点上我是欠缺的。作为一个技术人员，无论什么时候都不能忘记自己最擅长的技能，这次借一个偶然的契机，翻一翻c标准库，希望以后自己在技术上越来越牛。

说明

c++库和c库包含相同的结构体的定义，其区别主要如下：

• 每个头文件与c语言版本具有相同的名称，但是带有“c”前缀，没有扩展文件名。例如：c语言头文件<stdio.h>的c++等价头文件为。
• 库的每个元素都在std空间中定义。

本文档的示例中，使用c风格的版本，要使用c++的版本替换成相应的头文件就好。

在c++版本实现中也有一些特定的区别：

• wchar_t, char16_t, char32_t 和 bool是c++中的基本类型，因此不会在c版本中出现，这同样适用于<iso646.h>中的宏，因为它们是c++中的关键字。
• 以下函数的声明中有与其参数常量相关的更改：strchr、strpbrk、strrchr、strstrstr、memchr。
• 定义在<cstdlib>中的atexit、exit、abort函数在c++中的行为有所增加。
• 有些函数的重载版本提供了作为参数的附加类型和相同的语义，例如cmath头文件中函数的float和long double版本，或者abs和div的long版本。

c++98包含c90标准中的库;
c++11包含c99标准中描述的c库;
2011 ISO标准的其他介绍与c++不兼容。

说明：本文主要对c99（即c++11）库进行描述。

<cassert>&lt;assert.h>

说明

该文件中定义了一组宏函数作为标准调试工具。对应的宏函数为assert。

函数

函数assert

void assert(int expression);

如果表达式为0,则会向标准错误设备写入一条消息，并调用abort，终止程序的额执行。
如果在#include<assert.h>时，已经定义了名为ndebug的宏，则禁用此宏。因此可以在调试时使用断言，但是在生产版本中通过如下行为禁用这些断言调用：

#define NDEBUG

调用示例：

#include <stdio.h>      /* printf */
#include <assert.h>     /* assert */

void print_number(int* myInt) {
       assert (myInt!=NULL);
       printf ("%d\n",*myInt);
}

int main (){
     int a=10;
     int * b = NULL;
     int * c = NULL;

     b=&a;

     print_number (b);
     print_number (c);

     return 0;
}

<cctype>/<ctype.h>

说明

此头文件声明了一组用于分类和转换单个字符的函数。

函数

isalnum

int isalnum ( int c );

检查c是十进制数字还是大小写字母。如果为假返回0，否则返回其它值。

isalpha

int isalpha ( int c );

检查c是否为字母。为假返回0,否则返回其它值。

isblank

int isblank ( int c );

检查c是否是空白字符。为假返回0,否则返回其它值。

iscntrl

int iscntrl ( int c );

检查c是否是控制字符。为假返回0，否则返回其它值。

isdigit

int isdigit ( int c );

检查c是否是十进制字符。为假返回0,否则返回其它值。

isgraph

int isgraph ( int c );

检查c是否有图形表示法。带有图形表示法的字符是除了空白字符（比如 ’ '）以外的所有可打印的字符。为假返回0,否则返回其它值。

islower

int islower ( int c );

检查c是否是小写字母。为假返回0,否则返回其它值。

isprint

int isprint ( int c );

检查c是否是可打印字符。为假返回0,否则返回其它值。

ispunct

int ispunct ( int c );

检查c是否是标点符号。为假返回0，否则返回其它值。

isspace

int isspace ( int c );

检查c是否是空格。为假返回0,否则返回其它值。

isupper

int isupper ( int c );

检查c是否是大写字母。为假返回0,否则返回其它值。

isxdigit

int isxdigit ( int c );

检查c是否是十六进制数字。为假返回0,否则返回其它值。

tolower

int tolower ( int c );

将c转换成小写字符。

toupper

int toupper ( int c );

将c转换成大写字符。

<cerrno>/<errno.h>

该文件中主要定义了如下宏：

• errno 上次的错误号;
• 该宏可以由程序读和写。

<cfloat>/&ltfloat.h>

含了一组与浮点值相关的依赖于平台的常量。

<ciso646>/<iso646.h>

定义运算符相关的宏。

在c++中有相应的保留字，因此可以不需要此头文件。

<climits>/<limits.h>

该头文件决定了各种变量类型的各种属性。定义在该头文件中的宏限制各种类型的变量。即变量不能存储任何超出这些限制的值。

<clocale>/<locale.h>

c语言支持特定于本地化的设置。例如特定于区域性的日期格式或特定于国家的货币符号。
每个系统和特定的编译器至少要提供两种区域设置选择：

• "c"区域设置是最小区域设置。
• 系统的默认区域设置由运行应用程序的环境提供区域设置配置。

在此头文件中声明了结构提lconv以及函数setlocale和localeconv，以及配合它们使用的一些宏。

结构体lconv

此结构体保存写入数值（货币值和非货币值）的格式信息。函数localconv返回此类型的对象。
该结构体包含的成员如下：
typedef struct {
char *decimal_point;//用于非货币值的小数点字符
char *thousands_sep;//用于非货币值的千位分隔符
char *grouping;//一个表示非货币量中每组数字大小的字符串。每个字符代表一个整数值，每个整数指定当前组的位数。值为 0 意味着前一个值将应用于剩余的分组
char *int_curr_symbol;//国际货币符号使用的字符串。前三个字符是由 ISO 4217:1987 指定的，第四个字符用于分隔货币符号和货币量
char *currency_symbol;//用于货币的本地符号
char *mon_decimal_point;//用于货币值的小数点字符
char *mon_thousands_sep;//用于货币值的千位分隔符
char *mon_grouping;//一个表示货币值中每组数字大小的字符串。每个字符代表一个整数值，每个整数指定当前组的位数。值为 0 意味着前一个值将应用于剩余的分组
char *positive_sign;//用于正货币值的字符
char *negative_sign;//用于负货币值的字符
char int_frac_digits;//国际货币值中小数点后要显示的位数
char frac_digits;//货币值中小数点后要显示的位数
char p_cs_precedes;//如果等于 1，则 currency_symbol 出现在正货币值之前。如果等于 0，则 currency_symbol 出现在正货币值之后
char p_sep_by_space;//如果等于 1，则 currency_symbol 和正货币值之间使用空格分隔。如果等于 0，则 currency_symbol 和正货币值之间不使用空格分隔
char n_cs_precedes;//如果等于 1，则 currency_symbol 出现在负货币值之前。如果等于 0，则 currency_symbol 出现在负货币值之后
char n_sep_by_space;//如果等于 1，则 currency_symbol 和负货币值之间使用空格分隔。如果等于 0，则 currency_symbol 和负货币值之间不使用空格分隔
char p_sign_posn;//表示正货币值中正号的位置
char n_sign_posn;//表示负货币值中负号的位置
char int_p_cs_precedes;//p_cs_precedes的国际格式
char int_n_cs_precedes;//n_cs_precedes的国际格式
char int_p_sep_by_space;//p_sep_by_space的国际格式
char int_n_sep_by_space;//n_sep_by_space的国际格式
char int_p_sign_posn;//p_sign_posn的国际格式
char int_n_sign_posn;//n_sign_posn的国际格式
} lconv

函数setlocale

char* setlocale (int category, const char* locale);

设置或读取地域化的信息。

函数localeconv

struct lconv* localeconv (void);

设置或读取地域化信息，会返回一个lconv结构类型的对象。

<cmath>/<math.h>

定义了常用的数学操作相关的函数。
如下：

• cos
• sin
• tan
• acos
• asin
• atan
• atan2
• cosh
• sinh
• tanh
• acosh
• asinh
• atanh
• exp
• frexp
• ldexp
• log
• log10
• modf
• exp2
• expm1
• ilogb
• log1p
• log2
• logb
• scalbn
• scalbln
• pow
• sqrt
• cbrt
• hypot
• erf
• erfc
• tgamma
• lgamma
• ceil
• floor
• fmod
• trunc
• round
• lround
• llround
• rint
• lrint
• nearbyint
• remainder
• remquo
• copysign
• nan
• nextafter
• nexttoward
• fdim
• fmax
• fmin
• fabs
• abs
• fma
• fpclassify
• isfinite
• isinf
• isnan
• isnormal
• signbit
• isgreater
• isgreaterequal
• isless
• islessequal
• islessgreater
• isunordered
• math_errhandling
• INFINITY
• NAN
• HUGE_VAL
• HUGE_VALF
• HUGE_VALL

<csetjmp>/<setjmp.h>

定义了宏setjmp、函数longjmp以及变量类型jmp_buf，用来实现远程跳转。

jmp_buf类型

用来存储宏setjmp和longjmp之间的环境相关的信息。在调用setjmp时存储，然后在longjmp时恢复

setjmp

int setjmp (jmp_buf env);

此宏用来把当前的环境保存在变量enviroment中，以便longjmp调用时使用。

longjmp

void longjmp (jmp_buf env, int val);

该函数恢复最近一次调用setjmp宏时保存的环境，就jmp_buf参数的设置是由之前调用的额setjmp生成的。

<csignal>/<signal.h>

处理信号的c标准库。包括sig_atomic_t类型，信号处理设置函数signal，信号生成函数raise。

sig_atomic_t类型

int类型，信号处理程序中作为变量使用。它是一个对象的整数类型，该对象可以作为一个原子实体访问，即使存在异步信号时，该对象可以作为一个原子实体访问。

signal

注册信号处理函数。

raise

生成一个信号。

宏类型

<cstdarg>/<stdarg.h>

该头文件定义了一个变量类型va_list和三个宏，这三个宏可用于在参数个数未知（即参数个数可变）时获取函数中的参数。
可变参数的函数在参数列表的末尾使用省略号(…)定义。
例如：

返回类型 函数名称（参数1, ...）

要访问附加的参数通过宏va_start，va_arg，va_end来实现。

库变量va_list

适用于va_start()、va_arg()和va_end()这三个宏存储信息的类型。

宏库

<cstdbool>/&ltstdbool.h>

定义true和false的宏。

<cstddef>/<stddef.h>

该头文件定义各种变量类型和宏。

类型

宏函数

宏

<cstdint>/<stdint.h>

此文件是类型支持库的一部分，提供定宽整数类型和部分c数值极限接口。

类型

int8_t uint8_t
int16_t uint16_t
int32_t uint32_t
int64_t uint64_t
分别为宽度恰为 8 、 16 、 32 和 64 位的有/无符号整数类型
无填充位并对负值使用补码（仅若实现支持该类型才提供）

int_least8_t uint_least8_t
int_least16_t uint_least16_t
int_least32_t uint_least32_t
int_least64_t uint_least64_t
分别为宽度至少有 8 、 16 、 32 和 64 位的最小的有/无符号整数类型

int_fast8_t uint_fast8_t
int_fast16_t uint_fast16_t
int_fast32_t uint_fast32_t
int_fast64_t uint_fast64_t
分别为宽度至少有 8 、 16 、 32 和 64 位的最快的有/无符号整数类型

intmax_t uintmax_t 最大宽度的有/无符号整数类型
intptr_t uintptr_t 足以保有指针的有/无符号整数类型

宏

对应上述类型的最大值、最小值以及特殊值。

<cstdio>/<stdio.h>

输入输出标准库。

流属性

大部分属性在使用fopen打开一个文件的时候定义，如下：

• 读写权限
• 文本/二进制
• 缓冲
• 流的方向

流标识

主要有以下三种：

• 错误标识
• 文件结束标识
• 位置标识

函数

宏

类型

<cstdlib>/<stdlib.h>

此文件中定义了一些通用的函数，包括内存动态管理，随机数生成等等。

函数

• 字符串转换相关：

  函数	功能
  atof	字符串转换成double类型
  atoi	字符串转换成整型
  atol	字符串转换成长整型
  atoll	字符串转换成长长整型
  strtod	字符串转换成double类型
  strtof	字符串转换成浮点型
  strtol	字符串转换成长整型
  strtold	字符串转换成长double型
  strtoll	字符串转换成长长整型
  strtoul	字符串转换成无符号长整型
  strtoull	字符串转换成无符号长长整型

• 随机相关

  函数	功能
  rand	生成随机数
  srand	初始化随机数生成器

• 动态内存管理

  函数	功能
  calloc	分配并且用0初始化数组
  free	释放内存
  malloc	分配内存
  realloc	重新分配内存

• 环境相关

  函数	功能
  abort	中止当前进程
  atexit	设置执行exit时执行的函数
  at_quick_exit	设置执行quick_exit时执行的函数
  exit	结束调用进程
  getenv	获取环境变量
  quick_exit	快速结束调用进程
  system	执行系统命令
  _Exit	结束调用进程

• 搜索和排序

  函数	功能
  bsearch	执行二分查找
  qsort	数组排序

• 整型数相关

  函数	功能
  abs	求绝对值
  div	整数除法
  labs	求长整型绝对值
  ldiv	求长整型除法
  llabs	求长长整型绝对值
  lldiv	求长长整型除法

• 多字节字符

  函数	功能
  mblen	求多字节字符的长度
  mbtowc	将多字节序列转换成宽字符
  wctomb	宽字符转换成多字节序列

• 多字节字符串

  函数	功能
  mbstowcs	多字节字符串转换成宽字符字符串
  wcstombs	宽字符字符串转换成多字节字符串

• 宏

  宏	功能
  EXIT_FAILURE	错误结束码
  EXIT_SUCCESS	成功结束码
  MB_CUR_MAX	多字节字符的最大尺寸
  NULL	空指针
  RAND_MAX	能随机出来的最大值

• 类型

  类型	功能
  div_t	div返回的结构体
  ldiv_t	ldiv返回的结构体
  lldiv_t	lldiv返回的结构体
  size_t	无符号整型

<cstring>/<string.h>

该头文件中定义了一些函数来维护c语言中的字符串和数组。

函数

• 拷贝相关

  函数	功能
  memcpy	拷贝
  memmove	用于拷贝字节，如果目标区域和源区域有重叠的话，memmove能够保证源串在被覆盖之前将重叠区域的字节拷贝到目标区域中，但复制后源内容会被更改。但是当目标区域与源区域没有重叠则和memcpy函数功能相同。

    |strcpy|拷贝字符串|
  

  |strncpy|拷贝字符串|

• 级联相关

  函数	功能
  strcat	级联
  strncat	级联

• 比较

  函数	功能
  memcmp	比较两块内存
  strcmp	比较两个字符串
  strcoll	比较两个字符串，但是结果取决于 LC_COLLATE 的位置设置
  strncmp	比较两个字符串中的字符
  strxfrm	根据程序当前的

• 搜索

   |函数|功能|
  

  |-----|------|
  |memchr|搜索前n个字节中第一次出现字符c的位置|
  |strchr|搜索字符串中第一次出现的c的位置|
  |strcspn|检索字符串str1中连续几个字符都不包含字符串str2中的字符|
  |strpbrk|检测str1中地一个匹配字符串str2中字符的字符，不包含空结束字符|
  |strrchr|在参数str只想的字符串中搜索最后一次出现字符c的位置|
  |strspn|检测字符串str1中地一个不在字符串str2中出现的字符下标|
  |strstr|在一个字符串中查找第一次出现另一个字符串的位置|
  |strtok|分解字符串为一组字符串，第二个参数为分割符|

• 其它

  函数	功能
  memset	给内存块赋值
  strerror	获取错误字符串的指针
  strlen	获取字符串的长度

• 宏

  | 宏|功能|
  

  |-----|------|
  |NULL|空指针|

• 类型

  类型	描述
  size_t	无符号整型

<ctgmath>/<tgmath.h>

此头文件简单的包含<cmath>和<ccomplex>

<ctime>/<time.h>

时间相关的库

函数

• 时间相关

  函数	描述
  clock	返回程序执行起，处理器时钟所使用的时间
  difftime	返回两个time之间相差的秒数
  mktime	把tm结构转换成一个依据本地时区的time_t值
  time	计算当前日历时间，并把它编码成time_t格式

• 转换相关

  函数	描述
  asctime	把tm结构转换成字符串
  ctime	把time_v的值转换成字符串
  gmtime	把time_t转换成UTC时间的tm
  localtime	把time_t转换成本地时间的tm
  strftime	格式化时间为字符串

• 宏

  宏	描述
  CLOCKS_PER_SEC	时钟每秒的滴答数
  NULL	空指针

• 类型

  宏	描述
  clock_t	时钟类型
  size_t	无符号整型
  time_t	时间类型
  struct time	时间结构体

<cuchar>/<uchar.h>

此头文件用来支持UTF-16和UTF-32.

宏

函数

<cwchar>/<wchar.h>

此文件主要描述宽字符串相关的内容。

函数

• 输入/输出

  函数	功能
  fgetwc	从流中读取宽字符
  fgetws	从流中读取宽字符串
  fputwc	写宽字符到流中
  fputws	写宽字符串到流中
  fwide	检测流方向
  fwprintf	写格式化数据到流
  fwscanf	从流中读格式化数据
  getwc	从流中获取宽字符
  getwchar	从标准输入获取宽字符
  putwc	给流写宽字符
  putwchar	给标准输出写宽字符
  swprintf	写格式化数据到宽字符串
  swscanf	从流中读格式化数据
  ungetwc	回退一个wc到流中
  vfwprintf	从参数列表输出到流中
  vfwscanf	从流中读入到参数列表
  vswprintf	同上
  vswscanf	同上
  vwprintf	同上
  vwscanf	同上
  wprinf	同上
  wscanf	同上

• 常规

  wcstod
  wcstof
  wcstol
  wcstold
  wcstoll
  wcstoul
  wcstoull

• 字符和字符串转换

  btowc
  mbrlen
  mbrtowc
  mbsinit
  mbsrtowcs
  wcrtomb
  wctob
  wcsrtombs

• 字符串

  wcscat
  wcschr
  wcscmp
  wcscoll
  wcscpy
  wcscspn
  wcslen
  wcsncat
  wcsncmp
  wcsncpy
  wcspbrk
  wcsrchr
  wcsspn
  wcsstr
  wcstok
  wcsxfrm
  wmemchr
  wmemcmp
  wmemcpy
  wmemmove
  wmemset

• 时间

  wcsftime

• 类型

  mbstate_t
  size_t
  struct tm
  wchar_t
  wint_t

• 宏

  NULL
  WCAHR_MAX
  WCHAR_MIN
  WEOF

<cwctype>/wctype.h>

宽字符类型相关。

函数

iswalnum
iswalpha
iswblank
iswcntrl
iswdigit
iswgraph
iswlower
iswprint
iswpunct
iswspace
iswupper
iswxdigit

towlower
towupper

iswctype
towctrans
wctrans
wctype

类型

wctrans_t
wctype_t
wint_t

其它

WEOF