本篇介绍若干常用的标准C函数的用法，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。其中文件操作相关API在单独一章中介绍。
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#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。这两个函数非常有用。
用sprintf格式化一个字符串，例如，
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的用法类似，要求在格式上要严格匹配。以下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)
{
// 成功提取了所有字段
}
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。
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#include <math.h> double abs(double x); // 取绝对值 double cos(double x); // 余弦cos, 参数是弧度值 double sin(double x); // 正弦sin, 参数是弧度值 double tan(double x); // 正切 tan, 参数是弧度值 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 |
需要补充说明的是，这里所列的几乎所有函数都至少有2个版本，分别是double型和float型参数。例如，
double sqrt(double x); float sqrt(float x);
以下代码编译错误，
double result = sqrt (16); // 编译错误
为什么会有编译错误呢？因为字面常量16是int型，在匹配函数时，sqrt(float)与sqrt(double)均被匹配，int可以隐式转换成float和double。必须要显示把参数强转为double或float。
如果要对一个整数调用sqrt函数，那么就必须显式的强转成double或float，例如，
double result = sqrt ((double)16); // OK 或 float result = sqrt ((float)16); // OK
1.2.1 abs求绝对值
例如 ，
double a = abs ( -12.34);
1.2.2 cos/sin/tan三角函数
其单位都是弧度值。例如，
#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。例如，
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
点击查看此节内容，第16章
1.3 time.h
time.h中提供了时间/日期相关的函数。这里仅列出常用的几个函数。
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#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 |
其中，需要介绍time_t和struct tm这两个类型。
1.3.1 time_t
time_t是一个typedef的类型，目前在各种操作系统上time_t类型都是一个整数类型，差不多就是
typedef long time_t;
这种类似的定义，在各种场合都可以认为它是int型。当然，保险起见也可以显式的强转一下。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,
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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。其中，
年：从1900开始算，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。
例如，2014-12-11 11:47:12这个时间可以用下面的代码赋值：
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函数可以取得系统当前时间，返回值是一个秒值。例如，
time_t now = time (NULL);
为什么一个整数秒值可以表示当前的时间呢？是这么规定的，time函数返回的是自1970-1-1 00:00:00这个时间点开始至当前时刻的时间差。它是一个比较大的整数，例如1418270153表示的是2014-12-11 11:55:53这个时刻。
利用time函数时可以计算程序运行了多少时间，如下面的代码：
time_t start = time (NULL);
... DoSomething ...
time_t end = time (NULL);
printf("Time cost : %d seconds", end - start );
当然这个DoSomething要运行相当时间才行，因为time的粒度较大，返回是秒值。如果你的DoSomething只耗费了几毫秒的话，那么用time根本无法衡量。不过，可以成倍的量化一下，比较，将DoSomething连续运动10000次，看需要的总时间，然后再平均一下得出单次需要的时间。
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
虽然用一个time_t整数来表示当前系统时间是比较方便的，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值到底是哪一个日期。
localtime函数可以将time_t所表示的时间转化成年月日时分秒，例如，
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。
事实上，用time_t来记录时间更方便，只用一个整数（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。只是在最终显示的时候，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，可以用mktime换算成time_t值。例如，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，下面列表其中主要的几个函数：
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#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
例如，
int n = atoi("1280");
double f = atof("12.80");
其实完全可以用sscanf来完成相同的事情，例如，
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，需要随机数生成函数。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较困难的事情。要真正随机的数字，需要购置在非常昂贵的硬件，这些硬件利用某些自然科学的规则来生成随机数，因为价格昂贵，所以专业的随机数生成器只用于专业用途。我们这里介绍的适用普通PC机能够胜任的“伪随机数”生成函数，能够生成近似随机的数据就可以了。
rand函数用于生成随机数，该函数返回一个整数。调用以下代码测试一下：
for(int i=0; i<10; i++)
{
printf("%d \n", rand());
}
控制台输出了10个完全没有规律的数字，因为完全无规律可循，所以称它为随机数。这里为了显示方便，只生成了10个随机数，实际上可以改成1000次、10000次试试，会发现它确实是杂乱无章、完全没有规律的出现的。
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”。可以这么验证一下，把相同的程序反复运行数次，会发现每次程序运行输出的结果都是相同的一个序列的数字。例如，第一次运行程序的时候输出13435 31833 5075 19863 30565 11677 1339 4096 31105 9088等10个随机数，当关闭程序再次运行时，输出的10个随机数还是这10个数。
为了解决这个问题，stdlib.h里提供了srand函数。srand函数用于为程序设置一个种子(seed)，当种子不同时，程序产生的随机数序列也不同。srand只需要在程序开始时设置一次，例如，可以在main()函数开始时运行一次。种子怎么定呢？要保证程序每次运行时，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 ...
}
每次程序运行时，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，会发现每次程序运行生成的随机数序列是不同的。
在实际应用中如何使用rand函数呢？例如，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。可以用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;
其中, RAND_MAX在VC下的定义是32767，在其他操作系统下可能是其他值。
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，例如 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函数可以调用系统命令行，在windows下可以执行DOS命令行, 在linux下SHELL命令行。比如，删除d:\aaa.pdf这个文件，
system ("del /F /Q d:\\aaa.pdf");
其实原则上并不限于DOS命令，所以的命令行都可以运行的。例如，调用浏览器打开一个网站，
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。
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#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); // 字符串比较 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); //按内存比较 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拷贝到目标缓冲区，
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，也就是说把字符串拷贝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比较字符串
关于字符串比较的意义在第15章已经讲述。strcmp(a,b)用于比较字符串，当返回为0时表示完全相等，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。例如，
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中添加n个相同的字符c，例如， unsigned char buf[128]; memset(buf, 0, sizeof(buf)); // 全部填充为0 memset(buf, 0xFF, 128); // 全部填充为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内存比较
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其中，a和b的比较是容易得出结果的 ，但a与c的比较呢？由于要转成unsigned char再比较，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，将开始于src的n个字节移动到dst位置，这个函数的强大之处在于它允许src和dst有交迭。
例如，利用这个函数我们可以实现在字符串中插入字符，当插入字符串如果将插入点之后的所有字符后移，
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1.6 stdarg.h
stdarg.h中的接口用于实现省略号参数。在函数中曾经指出，函数参数有一个特殊形式，就是不指定个数和类型，直接用省略号表示。
void test (...)
当参数为省略号时，可以输入任意个数的参数，而且参数的类型不受限制。我们观察printf函数的原型，发现它就是使用了省略号参数，
int printf(const char *format, ...);
printf的第一个参数为字符串类型，用于传递格式参数, 而后面的省略号处可以传递0..N个参数。这种灵活的传参方式在某此特殊场合会用到。下面就指出一种应用需求并给出其实现方法。
需求：自定义一个函数用于日志输出，在输出的时候自动添加日期时期信息、日志等级，其原型要求是这种形式，
void log(int level, const char* fmt, ...);
其中, 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);
// 将省略号参数格式化成字符串
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;
}
对省略号参数的核心处理是这几行代码：
va_list args; va_start(args, fmt); ... 此处已经将参数取得在args里... va_end(args);
能够以va_list作为参数的函数有vsprintf, vprintf, vfprintf，其原型是：
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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。例如“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[] ); // 其中selected为输出参数
void blue_ball (int* selected); // 其中selected为输出参数
6) 提示用户输入一个字符串：当输入为YES/yes/Yes，打印输出“您已同意”；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。
例如，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