C標準庫學習

zhengcixi發表於2021-07-24

前言

C標準庫原始碼可通過下列兩個網站進行檢視：The GNU C Library、Welcome to uClibc-ng! - Embedded C library

以下學習記錄也是以這兩個網站提供的庫函式原始碼進行學習的。

字串相關

strcpy()函式

標頭檔案：#include <string.h>

函式原型：char *strcpy(char *dest, const char *src);

函式描述：將src指向的字串拷貝到dest，包括結束符'\0'。字串不能重疊，並且dest有足夠的空間接收拷貝的字串。

返回值：返回指向dest存放字串的指標。

函式原型：

char *strcpy(char *dest, const char *src)
{
	char *dst = dest;

	while ((*dst = *src) != '\0') {
		src++;
		dst++;
	}

	return dest;
}

可以看出，函式中並不會檢查dest的空間大小，只會拷貝字串直到遇到src字串的結束符'\0'，因此dest的空間大小需要使用者保證。

測試用例一：dest空間大於src指向的字串個數。

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

int main(void)
{
    char *str_original = "0123456789";
    char buf_dest[12] = {0};
    char *ret = NULL;
    int i = 0;

    for (i = 0; i < sizeof(buf_dest); i++)
        buf_dest[i] = 1;

    printf("dest:0x%x\n", buf_dest);
    ret = strcpy(buf_dest, str_original);
    printf(" ret:0x%x\n", ret);
    for (i = 0; i < sizeof(buf_dest); i++)
        printf("%d ", buf_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

編譯，執行結果：

$ ./a.out 
dest:0xca8e26c0
 ret:0xca8e26c0
48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 0 1

可以看出，字串拷貝的時候會拷貝字串結束符'\0'。

測試用例二：dest空間小於src指向的字串個數（錯誤用法）。

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

int main(void)
{
    char *str_original = "0123456789";
    char buf_dest[5] = {0};
    char *ret = NULL;
    int i = 0;

    for (i = 0; i < sizeof(buf_dest); i++)
        buf_dest[i] = 1;

    printf("dest:0x%x\n", buf_dest);
    ret = strcpy(buf_dest, str_original);
    printf(" ret:0x%x\n", ret);
    printf("%s\n", buf_dest);

    return 0;
}

編譯，執行：

$ ./a.out 
dest:0xe31dee10
 ret:0xe31dee10
01234567

由於dest沒有以'\0'結尾，因此printf列印的資訊是錯誤的，訪問的內容已經超過了dest的空間。

測試用例三：記憶體重疊

參考部落格：strcpy函式的實現 - Norcy - 部落格園 (cnblogs.com)

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

int main(void)
{
    char str[12] = "hello";
    strcpy(str + 1, str);  //存在段錯誤
    printf("%s\n", str);

    return 0;
}

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

int main(void)
{
    char str[12] = "hello";

    strcpy(str, str+1);
    printf("%s\n", str);   //列印輸出ello

    return 0;
}

第一種情況：strcpy(str + 1, str)，這種情況下dest指向'e'，而src第一個字元為'h'，當拷貝的時候，'\0'結束符會被覆蓋掉，導致一直拷貝，陷入死迴圈。

第二種情況：strcpy(str, str+1)，這種情況下，僅拷貝"ello"。

strncpy()函式

標頭檔案：#include <string.h>

函式原型：char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);

函式描述：功能和strcpy函式類似，但僅拷貝src的n位元組給dest。另外如果n位元組中沒有結束符'\0'，那麼拷貝完後，dest中是不會有結束符的，這個需要注意。如果src的長度小於n位元組，將會在拷貝src字串之後繼續拷貝結束符給dest，直到滿足n位元組。

函式原型：

char *strncpy (char *s1, const char *s2, size_t n)
{
    reg_char c;
    char *s = s1;

    --s1;

    if (n >= 4) 
    {
        size_t n4 = n >> 2;
        for ( ; ; )
        {
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            c = *s2++;
            *++s1 = c;
            if (c == '\0')
                break;
            if (--n4 == 0)
                goto last_chars;
        }
        n = n - (s1 - s) - 1;
        if (n == 0)
            return s;
        goto zero_fill;
    }

last_chars:
    n &= 3;
    if (n == 0)
        return s;

    do
    {
        c = *s2++;
        *++s1 = c;
        if (--n == 0)
            return s;
    } while (c != '\0');

zero_fill:
    do
        *++s1 = '\0';
    while (--n > 0);

    return s;
}

測試用例一：src字串長度大於n，且前n個字元中存在結束符，則只會拷貝到第一個結束符時就結束拷貝。

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

int main(void)
{
    char str_original[] = {'a', '\0', 'b', '\0', 'c', 'd', 'e', '\0'};
    char str_dest[8] = {0};
    int i = 0;

    strncpy(str_dest, str_original, 8);
    for (i = 0; i < 12; i++)
        printf("%d ", str_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

編譯，執行：

$ ./a.out    
97 0 0 0 0 0 0 0

測試用例二：src字串長度大於n，且前n個字元中不存在結束符，則會拷貝n個字元。處理這種情況，一般需要自己去在dest末尾新增一個結束符。

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

int main(void)
{
    char str_original[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', '\0'};
    char str_dest[5] = {0};
    int i = 0;

    strncpy(str_dest, str_original, 5);
    for (i = 0; i < 5; i++)
        printf("%d ", str_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

編譯，執行：

$ ./a.out 
97 98 99 100 101

測試用例三：src字串長度小於n，將會在拷貝src字串之後繼續拷貝結束符給dest，直到滿足n位元組。

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

int main(void)
{
    char str_original[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', '\0'};
    char str_dest[12] = {0};
    int i = 0;

    for (i = 0; i < 12; i++)
        str_dest[i] = 1;

    strncpy(str_dest, str_original, 12);
    for (i = 0; i < 12; i++)
        printf("%d ", str_dest[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

編譯，執行：

$ ./a.out    
97 98 99 100 101 102 0 0 0 0 0 0

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