C语言常用字符串函数模拟实现与原理详解

strlen：计算字符串长度

strlen用于获取字符串的有效字符数量（不包含结尾的'\0'）。其返回类型为size_t，属于无符号整型。

第1步：实现strlen模拟

目的：通过指针移动统计非'\0'字符个数。
操作：使用断言确保指针有效，循环递增计数直到遇到结束符。

// strlen 的模拟实现
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
size_t my_strlen(const char* str)
{
    assert(str); 
    int count = 0;
    while (*str != '\0')
    {
        str++;
        count++;
    }
    return count;
}

strcat：字符串追加

strcat将源字符串src拼接到目标字符串dest的末尾。拼接时，会覆盖dest原有的结束符'\0'，并保留新字符串的结束符。要求dest空间必须足够容纳拼接后的内容。

第1步：实现strcat模拟

注意：原代码中assert(str1, str2);写法有误（宏只取第一个值），正确做法应为assert(str1 && str2);。
入口：找到dest的尾部，然后复制src。
动作：先让dest指针移动到'\0'处，再将src内容逐个赋值给dest。

// strcat 模拟实现
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
char* my_strcat(char* str1, const char *str2)
{
    // 修正：两个指针都必须合法
    assert(str1 && str2); 
    char* tmp = str1;
    
    // 1. 找出str1中的 '\0'
    while (*str1)
    {
        str1++;
    }
    
    // 2. 在str1上追加（包含复制 '\0'）
    while (*str1++ = *str2++)
    {
        ;
    }
    return tmp;
}

int main()
{
    char arr1[20] = "hello";
    char arr2[] = " world";
    printf("%s", my_strcat(arr1, arr2));
    return 0;
}

strcpy：字符串拷贝

strcpy将源字符串完整地拷贝到目标地址。它会连同源字符串最后的'\0'一起拷贝过去。目标地址必须有足够的剩余空间，否则会发生缓冲区溢出。

第1步：实现strcpy模拟

目的：逐字节拷贝源字符串到目标缓冲区。
风险：如果源串比目标数组长，会破坏栈内存。

// 模拟实现 strcpy
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
char* my_strcpy(char *str2, char *str1)
{
    assert(str1 && str2);
    char* tmp = str2;
    
    // 拷贝直到遇见 '\0' 并完成最后一次拷贝
    while (*str1)
    {
        *str2++ = *str1++;
    }
    *str2 = '\0'; // 显式添加结束符，确保健壮性
    return tmp;
}

int main()
{
    char arr1[20] = "abcdef";
    char arr2[20] = "xxxxxxxxxxxxx";
    my_strcpy(arr2, arr1);
    printf("%s", arr2);
    return 0;
}

strcmp：字符串比较

strcmp按字典序比较两个字符串。从左到右逐个比较字符的ASCII值，直到出现不同字符或遇到'\0'。

第1步：实现strcmp模拟

目的：找到第一个不同的字符并计算差值。
操作：循环判断相等，不等则返回*str1 - *str2。

// strcmp 模拟实现
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
    assert(str1 && str2);
    while (*str1 == *str2)
    {
        if (*str1 == '\0') return 0; // 同时结束表示相等
        str1++;
        str2++;
    }
    return *str1 - *str2;
}

int main()
{
    char arr1[] = "abc";
    char arr2[] = "abcd";
    printf("%d", my_strcmp(arr1, arr2));
    return 0;
}

strstr：查找子串

strstr用于在一个字符串中寻找另一个子字符串首次出现的位置。若未找到则返回NULL。

第1步：实现strstr模拟

目的：通过两层循环进行模式匹配。
操作：外层cur指向主串位置，内层s1、s2用于比对子串。
参数：需要处理子串为空的情况。

// 模拟实现 strstr 函数
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
char* my_strstr(const char* str, const char* substr)
{
    assert(str && substr);
    // 排除 substr 为空的情况
    if (*substr == '\0')
    {
        return (char*)str;
    }
    
    const char* s1;
    const char* s2;
    const char* cur = str;
    
    while (*cur)
    {
        s1 = cur;
        s2 = substr;
        
        // 逐字符比较
        while (*s1 && *s2 && (*s1 == *s2))
        {
            s1++;
            s2++;
        }
        
        // 如果子串已经走完，说明找到了
        if (*s2 == '\0')
            return (char*)cur;
            
        cur++;
    }
    return NULL;
}

int main()
{
    char arr1[] = "abbbcdef";
    char arr2[] = "bbc";
    printf("%s", my_strstr(arr1, arr2));
    return 0;
}