C语言 标准库常用函数大全 |
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assert.hassert() assert.h头文件定义了宏assert()，用于在运行时确保程序符合指定条件，如果不符合，就报错终止运行。这个宏常常被称为“断言”。 assert(PI > 3);上面代码在程序运行到这一行语句时，验证变量PI是否大于3。如果确实大于3，程序继续运行，否则就会终止运行，并且给出报错信息提示。 assert()宏接受一个表达式作为参数。如果该表达式为真（返回值非零），assert()不会产生任何作用，程序继续运行。如果该表达式为假（返回值为零），assert()就会报错，在标准错误流stderr中写入一条错误信息，显示没有通过的表达式，以及包含这个表达式的文件名和行号。最后，调用abort()函数终止程序（abort()函数的原型在stdlib.h头文件中）。 z = x * x - y * y; assert(z >= 0);上面的assert()语句类似于下面的代码。 if (z = 0), function main, file /Users/assert.c, line 14.上面报错的格式如下。 Assertion failed: [expression], function [abc], file [xyz], line [nnn].上面代码中，方括号的部分使用实际数据替换掉。 使用assert()有几个好处：它不仅能自动标识文件和出问题的行号，还有一种无需更改代码就能开启或关闭assert()的机制。如果已经确认程序没有问题，不需要再做断言，就在#include 语句的前面，定义一个宏NDEBUG。 #define NDEBUG #include然后，重新编译程序，编译器就会禁用文件中所有的assert()语句。如果程序又出现问题，可以移除这条#define NDBUG指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启用了assert()语句。 assert()的缺点是，因为引入了额外的检查，增加了程序的运行时间。 static_assert()C11 引入了静态断言static_assert()，用于在编译阶段进行断言判断。 static_assert(constant-expression, string-literal);static_assert()接受两个参数，第一个参数constant-expression是一个常量表达式，第二个参数string-literal是一个提示字符串。如果第一个参数的值为false，会产生一条编译错误，第二个参数就是错误提示信息。 static_assert(sizeof(int) == 4, "64-bit code generation is not supported.");上面代码的意思是，如果当前计算机的int类型不等于4个字节，就会编译报错。 注意，static_assert()只在编译阶段运行，无法获得变量的值。如果对变量进行静态断言，就会导致编译错误。 int positive(const int n) { static_assert(n > 0, "value must > 0"); return 0; }上面代码会导致编译报错，因为编译时无法知道变量n的值。 static_assert()的好处是，尽量在编译阶段发现错误，避免运行时再报错，节省开发时间。另外，有些assert()断言位于函数之中，如果不执行该函数，就不会报错，而static_assert()不管函数是否执行，都会进行断言判断。最后，static_assert()不会生成可执行代码，所以不会造成任何运行时的性能损失。 ctype.hctype.h头文件定义了一系列字符处理函数的原型。 字符测试函数这些函数用来判断字符是否属于某种类型。 isalnum()：是否为字母数字isalpha()：是否为字母isdigit()：是否为数字isxdigit()：是否为十六进制数字符islower()：是否为小写字母isupper()：是否为大写字母isblank()：是否为标准的空白字符（包含空格、水平制表符或换行符）isspace()：是否为空白字符（空格、换行符、换页符、回车符、垂直制表符、水平制表符等）iscntrl()：是否为控制字符，比如 Ctrl + Bisprint()：是否为可打印字符isgraph()：是否为空格以外的任意可打印字符ispunct()：是否为标点符号（除了空格、字母、数字以外的可打印字符）它们接受一个待测试的字符作为参数。注意，参数类型为int，而不是char，因为它们允许 EOF 作为参数。 如果参数字符属于指定类型，就返回一个非零整数（通常是1，表示为真），否则返回0（表示为伪）。 下面是一个例子，用户输入一个字符，程序判断是否为英文字母。 #include #include int main(void) { char ch = getchar(); if (isalpha(ch)) printf("it is an alpha character.\n"); else printf("it is not an alpha character.\n"); return 0; }字符映射函数这一类函数返回字符的某种对应形式，主要有两个函数。 tolower()：如果参数是大写字符，返回小写字符，否则返回原始参数。toupper()：如果参数是小写字符，返回大写字符，否则返回原始参数。// 将字符转为大写 ch = toupper(ch);注意，这两个函数不会改变原始字符。 errno.herrno 变量errno.h声明了一个 int 类型的 errno 变量，用来存储错误码（正整数）。 如果这个变量有非零值，表示已经执行的程序发生了错误。 int x = -1; errno = 0; int y = sqrt(x); if (errno != 0) { fprintf(stderr, "sqrt error; program terminated.\n"); exit(EXIT_FAILURE); }上面示例中，计算一个负值的平方根是不允许的，会导致errno不等于0。 如果要检查某个函数是否发生错误，必须在即将调用该函数之前，将errno的值置为0，防止其他函数改变errno的值。 宏变量errno的值通常是两个宏EDOM或ERANGE。这两个宏都定义在errno.h。它们表示调用数学函数时，可能发生的两种错误。 定义域错误（EDOM）：传递给函数的一个参数超出了函数的定义域。例如，负数传入sqrt()作为参数。取值范围错误（ERANGE）：函数的返回值太大，无法用返回类型表示。例如，1000 传入exp()作为参数，因为 e^1000 太大，无法使用 double 类型表示。使用数学函数时，可以将errno的值与 EDOM 和 ERANGE 比较，用来确定到底发生了哪一类错误。 float.hfloat.h定义了浮点数类型 float、double、long double 的一些宏，规定了这些类型的范围和精度。 (1) FLT_ROUNDS 宏FLT_ROUNDS表示当前浮点数加法的四舍五入方向。 它有以下可能的值。 -1：不确定。0：向零舍入。1：向最近的整数舍入。2：向正无穷方向舍入。3：向负无穷方向舍入。（2）FLT_RADIX 宏FLT_RADIX表示科学计数法的指数部分的底（base），一般总是2。 （3）浮点数类型的最大值 FLT_MAXDBL_MAXLDBL_MAX（4）浮点数类型的最小正值 FLT_MINDBL_MINLDBL_MIN（5）两个同类型浮点数之间可表示的最小差值（最小精度） FLT_EPSILONDBL_EPSILONLDBL_EPSILON（6）DECIMAL_DIG 宏DECIMAL_DIG表示十进制有效位数。 （7）FLT_EVAL_METHOD 宏FLT_EVAL_METHOD表示浮点数运算时的类型转换。 它可能有以下值。 -1：不确定。0：在当前类型中运算。1：float 和 double 类型的运算使用 double 类型的范围和精度求值。2：所有浮点数类型的运算使用 long double 类型的范围和精度求值。（8）浮点数尾数部分的个数 FLT_MANT_DIGDBL_MANT_DIGLDBL_MANT_DIG（9）浮点数指数部分有效数字的个数（十进制） FLT_DIGDBL_DIGLDBL_DIG（10）科学计数法的指数部分的最小次幂（负数） FLT_MIN_EXPDBL_MIN_EXPLDBL_MIN_EXP（11）科学计数法的指数部分的十进制最小次幂（负数） FLT_MIN_10_EXPDBL_MIN_10_EXPLDBL_MIN_10_EXP（12）科学计数法的指数部分的最大次幂 FLT_MAX_EXPDBL_MAX_EXPLDBL_MAX_EXP（13）科学计数法的指数部分的十进制最大次幂 FLT_MAX_10_EXPDBL_MAX_10_EXPLDBL_MAX_10_EXPinttypes.hC 语言还在头文件 inttypes.h 里面，为 stdint.h 定义的四类整数类型，提供了printf()和scanf()的占位符。 固定宽度整数类型，比如 int8_t。最小宽度整数类型，比如 int_least8_t。最快最小宽度整数类型，比如 int_fast8_t。最大宽度整数类型，比如 intmax_t。printf()的占位符采用PRI + 原始占位符 + 类型关键字/宽度的形式构成。举例来说，原始占位符为%d，则对应的占位符如下。 PRIdn （固定宽度类型）PRIdLEASTn （最小宽度类型）PRIdFASTn （最快最小宽度类型）PRIdMAX （最大宽度类型）上面占位符中的n，可以用8、16、32、64代入。 下面是用法示例。 #include #include #include int main(void) { int_least16_t x = 3490; printf("The value is %" PRIdLEAST16 "!\n", x); }上面示例中，PRIdLEAST16对应的整数类型为 int_least16_t，原始占位符为%d。另外，printf()的第一个参数用到了多个字符串自动合并的写法。 下面是其它的原始占位符对应的占位符。 %i：PRIin PRIiLEASTn PRIiFASTn PRIiMAX%o：PRIon PRIoLEASTn PRIoFASTn PRIoMAX%u：PRIun PRIuLEASTn PRIuFASTn PRIuMAX%x：PRIxn PRIxLEASTn PRIxFASTn PRIxMAX%X：PRIXn PRIXLEASTn PRIXFASTn PRIXMAXscanf()的占位符规则也与之类似。 %d：SCNdn SCNdLEASTn SCNdFASTn SCNdMAX%i：SCNin SCNiLEASTn SCNiFASTn SCNiMAX%o：SCNon SCNoLEASTn SCNoFASTn SCNoMAX%u：SCNun SCNuLEASTn SCNuFASTn SCNuMAX%x：SCNxn SCNxLEASTn SCNxFASTn SCNxMAXiso646.hiso646.h头文件指定了一些常见运算符的替代拼写。比如，它用关键字and代替逻辑运算符&&。 if (x > 6 and x 6 && x = 100000 typedef int Quantity; #else typedef long int Quantity; #endif上面示例中，如果整数类型的最大值（INT_MAX）不小于100000，那么类型别名Quantity指向int，否则就指向long int。 locale.h简介locale.h是程序的本地化设置，主要影响以下的行为。 数字格式货币格式字符集日期和时间格式它设置了以下几个宏。 LC_COLLATE：影响字符串比较函数strcoll()和strxfrm()。LC_CTYPE：影响字符处理函数的行为。LC_MONETARY：影响货币格式。LC_NUMERIC：影响printf()的数字格式。LC_TIME：影响时间格式strftime()和wcsftime()。LC_ALL：将以上所有类别设置为给定的语言环境。setlocale()setlocale()用来设置当前的地区。 char* setlocal(int category, const char* locale);它接受两个参数。第一个参数表示影响范围，如果值为前面五个表示类别的宏之一，则只影响该宏对应的类别，如果值为LC_ALL，则影响所有类别。第二个参数通常只为"C"（正常模式）或""（本地模式）。 任意程序开始时，都隐含下面的调用。 setlocale(LC_ALL, "C");下面的语句将格式本地化。 setlocale(LC_ALL, "");上面示例中，第二个参数为空字符，表示使用当前环境提供的本地化设置。 理论上，第二个参数也可以设为当前系统支持的某种格式。 setlocale(LC_ALL, "en_US.UTF-8");但是这样的话，程序的可移植性就变差了，因为无法保证其他系统也会支持那种格式。所以，通常都将第二个参数设为空字符串，使用操作系统的当前设置。 setlocale()的返回值是一个字符串指针，表示已经设置好的格式。如果调用失败，则返回空指针 NULL。 setlocale()可以用来查询当前地区，这时第二个参数设为 NULL 就可以了。 char *loc; loc = setlocale(LC_ALL, NULL); // 输出 Starting locale: C printf("Starting locale: %s\n", loc); loc = setlocale(LC_ALL, ""); // 输出 Native locale: en_US.UTF-8 printf("Native locale: %s\n", loc);localeconv()localeconv()用来获取当前格式的详细信息。 struct lconv* localeconv(void);该函数返回一个 Struct 结构指针，该结构里面包含了格式信息，它的主要属性如下。 char* mon_decimal_point：货币的十进制小数点字符，比如.。char* mon_thousands_sep：货币的千位分隔符，比如,。char* mon_grouping：货币的分组描述符。char* positive_sign：货币的正值符号，比如+或为空字符串。char* negative_sign：货币的负值符号，比如-。char* currency_symbol：货币符号，比如$。char frac_digits：打印货币金额时，十进制小数点后面输出几位小数，比如设为2。char p_cs_precedes：设为1时，货币符号currency_symbol出现在非负金额前面。设为0时，出现在后面。char n_cs_precedes：设为1时，货币符号currency_symbol出现在负的货币金额前面。设为0时，出现在后面。char p_sep_by_space：决定了非负的货币金额与货币符号之间的分隔字符。char n_sep_by_space：决定了负的货币金额与货币符号之间的分隔字符。char p_sign_posn：决定了非负值的正值符号的位置。char n_sign_posn：决定了负值的负值符号的位置。char* int_curr_symbol：货币的国际符号，比如USD。char int_frac_digits：使用国际符号时，frac_digits的值。char int_p_cs_precedes：使用国际符号时，p_cs_precedes的值。char int_n_cs_precedes：使用国际符号时，n_cs_precedes的值。char int_p_sep_by_space：使用国际符号时，p_sep_by_space的值。char int_n_sep_by_space：使用国际符号时，n_sep_by_space的值。char int_p_sign_posn：使用国际符号时，p_sign_posn的值。char int_n_sign_posn：使用国际符号时，n_sign_posn的值。下面程序打印当前系统的属性值。 #include #include #include int main () { setlocale (LC_ALL,"zh_CN"); struct lconv * lc; lc=localeconv(); printf ("decimal_point: %s\n",lc->decimal_point); printf ("thousands_sep: %s\n",lc->thousands_sep); printf ("grouping: %s\n",lc->grouping); printf ("int_curr_symbol: %s\n",lc->int_curr_symbol); printf ("currency_symbol: %s\n",lc->currency_symbol); printf ("mon_decimal_point: %s\n",lc->mon_decimal_point); printf ("mon_thousands_sep: %s\n",lc->mon_thousands_sep); printf ("mon_grouping: %s\n",lc->mon_grouping); printf ("positive_sign: %s\n",lc->positive_sign); printf ("negative_sign: %s\n",lc->negative_sign); printf ("frac_digits: %d\n",lc->frac_digits); printf ("p_cs_precedes: %d\n",lc->p_cs_precedes); printf ("n_cs_precedes: %d\n",lc->n_cs_precedes); printf ("p_sep_by_space: %d\n",lc->p_sep_by_space); printf ("n_sep_by_space: %d\n",lc->n_sep_by_space); printf ("p_sign_posn: %d\n",lc->p_sign_posn); printf ("n_sign_posn: %d\n",lc->n_sign_posn); printf ("int_frac_digits: %d\n",lc->int_frac_digits); printf ("int_p_cs_precedes: %d\n",lc->int_p_cs_precedes); printf ("int_n_cs_precedes: %d\n",lc->int_n_cs_precedes); printf ("int_p_sep_by_space: %d\n",lc->int_p_sep_by_space); printf ("int_n_sep_by_space: %d\n",lc->int_n_sep_by_space); printf ("int_p_sign_posn: %d\n",lc->int_p_sign_posn); printf ("int_n_sign_posn: %d\n",lc->int_n_sign_posn); return 0; }math.hmath.h头文件提供了很多数学函数。 很多数学函数的返回值是 double 类型，但是同时提供 float 类型与 long double 类型的版本，比如pow()函数就还有powf()和powl()版本。 double pow(double x, double y); float powf(float x, float y); long double powl(long double x, long double y);为了简洁，下面就略去了函数的f后缀（float 类型）和l后缀（long double）版本。 类型和宏math.h 新定义了两个类型别名。 float_t：（当前系统）最有效执行 float 运算的类型，宽度至少与 float 一样。double_t：（当前系统）最有效执行 double 运算的类型，宽度至少与 double 一样。它们的具体类型可以通过宏FLT_EVAL_METHOD来了解。 | FLT_EVAL_METHOD 的值 | float_t 对应的类型 | double_t 对应的类型 | |-----------------|--------------|--------------| | 0 | float | double | | 1 | double | double | | 2 | long double | long double | | 其他 | 由实现决定 | 由实现决定 | math.h 还定义了一些宏。 INFINITY：表示正无穷，返回一个 float 类型的值。NAN：表示非数字（Not-A-Number），返回一个 float 类型的值。错误类型数学函数的报错有以下类型。 Range errors：运算结果不能用函数返回类型表示。Domain errors：函数参数不适用当前函数。Pole errors：参数导致函数的极限值变成无限。Overflow errors：运算结果太大，导致溢出。Underflow errors：运算结果太小，导致溢出。变量math_errhandling提示了当前系统如何处理数学运算错误。 | math_errhandling 的值 | 描述 | |-----------------------|-----| | MATH_ERRNO | 系统使用 errno 表示数学错误 | | MATH_ERREXCEPT | 系统使用异常表示数学错误 | | MATH_ERREXCEPT | 系统同时使用两者表示数学错误 | 数值类型数学函数的参数可以分成以下几类：正常值，无限值，有限值和非数字。 下面的函数用来判断一个值的类型。 fpclassify()：返回给定浮点数的分类。isfinite()：如果参数不是无限或 NaN，则为真。isinf()：如果参数是无限的，则为真。isnan()：如果参数不是数字，则为真。isnormal()：如果参数是正常数字，则为真。下面是一个例子。 isfinite(1.23) // 1 isinf(1/tan(0)) // 1 isnan(sqrt(-1)) // 1 isnormal(1e-310)) // 0signbit()signbit()判断参数是否带有符号。如果参数为负值，则返回1，否则返回0。 signbit(3490.0) // 0 signbit(-37.0) // 1三角函数以下是三角函数，参数为弧度值。 acos()：反余弦。asin()：反正弦。atan()：反正切atan2()：反正切。cos()：余弦。sin()：正弦。tan()：正切。不要忘了，上面所有函数都有 float 版本（函数名加上 f 后缀）和 long double 版本（函数名加上 l 后缀）。 下面是一个例子。 cos(PI/4) // 0.707107双曲函数以下是双曲函数，参数都为浮点数。 acosh()：反双曲余弦。 asinh()：反双曲正弦。atanh()：反双曲正切。cosh()：双曲余弦。tanh()：双曲正切。sinh()：双曲正弦。 指数函数和对数函数以下是指数函数和对数函数，它们的返回值都是 double 类型。 exp()：计算欧拉数 e 的乘方，即 ex。exp2()：计算 2 的乘方，即 2x。expm1()：计算 ex - 1。log()：计算自然对数，exp()的逆运算。log2()：计算以2为底的对数。log10()：计算以10为底的对数。logp1()：计算一个数加 1 的自然对数，即ln(x + 1)。logb()：计算以宏FLT_RADIX（一般为2）为底的对数，但只返回整数部分。下面是一些例子。 exp(3.0) // 20.085500 log(20.0855) // 3.000000 log10(10000) // 3.000000如果结果值超出了 C 语言可以表示的最大值，函数将返回HUGE_VAL，它是一个在math.h中定义的 double 类型的值。 如果结果值太小，无法用 double 值表示，函数将返回0。以上这两种情况都属于出错。 frexp()frexp()将参数分解成浮点数和指数部分（2为底数），比如 1234.56 可以写成 0.6028125 * 211，这个函数就能分解出 0.6028125 和 11。 double frexp(double value, int* exp);它接受两个参数，第一个参数是用来分解的浮点数，第二个参数是一个整数变量指针。 它返回小数部分，并将指数部分放入变量exp。如果参数为0，则返回的小数部分和指数部分都为0。 下面是一个例子。 double frac; int expt; // expt 的值是 11 frac = frexp(1234.56, &expt); // 输出 1234.56 = 0.6028125 x 2^11 printf("1234.56 = %.7f x 2^%d\n", frac, expt);ilogb()ilogb()返回一个浮点数的指数部分，指数的基数是宏FLT_RADIX（一般是2）。 int ilogb(double x);它的参数为x，返回值是 logr|x|，其中r为宏FLT_RADIX。 下面是用法示例。 ilogb(257) // 8 ilogb(256) // 8 ilogb(255) // 7ldexp()ldexp()将一个数乘以2的乘方。它可以看成是frexp()的逆运算，将小数部分和指数部分合成一个f * 2^n形式的浮点数。 double ldexp(double x, int exp);它接受两个参数，第一个参数是乘数x，第二个参数是2的指数部分exp，返回“x * 2exp”。 ldexp(1, 10) // 1024.000000 ldexp(3, 2) // 12.000000 ldexp(0.75, 4) // 12.000000 ldexp(0.5, -1) // 0.250000modf()modf()函数提取一个数的整数部分和小数部分。 double modf(double value, double* iptr); ``` 它接受两个参数，第一个参数`value`表示待分解的数值，第二个参数是浮点数变量`iptr`。返回值是`value`的小数部分，整数部分放入变量`double`。 下面是一个例子。 ```c // int_part 的值是 3.0 modf(3.14159, &int_part); // 返回 0.14159scalbn()scalbn()用来计算“x * rn”，其中r是宏FLT_RADIX。 double scalbn(double x, int n);它接受两个参数，第一个参数x是乘数部分，第二个参数n是指数部分，返回值是“x * rn”。 下面是一些例子。 scalbn(2, 8) // 512.000000这个函数有多个版本。 scalbn()：指数 n 是 int 类型。scalbnf()：float 版本的 scalbn()。scalbnl()：long double 版本的 scalbn()。scalbln()：指数 n 是 long int 类型。scalblnf()：float 版本的 scalbln()。scalblnl()：long double 版本的 scalbln()。round()round()函数以传统方式进行四舍五入，比如1.5舍入到2，-1.5舍入到-2。 double round(double x);它返回一个浮点数。 下面是一些例子。 round(3.14) // 3.000000 round(3.5) // 4.000000 round(-1.5) // -2.000000 round(-1.14) // -1.000000它还有一些其他版本。 lround()：返回值是 long int 类型。llround()：返回值是 long long int 类型。trunc()trunc()用来截去一个浮点数的小数部分，将剩下的整数部分以浮点数的形式返回。 double trunc(double x);下面是一些例子。 trunc(3.14) // 3.000000 trunc(3.8) // 3.000000 trunc(-1.5) // -1.000000 trunc(-1.14) // -1.000000ceil()ceil()返回不小于其参数的最小整数（double 类型），属于“向上舍入”。 double ceil(double x);下面是一些例子。 ceil(7.1) // 8.0 ceil(7.9) // 8.0 ceil(-7.1) // -7.0 ceil(-7.9) // -7.0floor()floor()返回不大于其参数的最大整数，属于“向下舍入”。 double floor(double x);下面是一些例子。 floor(7.1) // 7.0 floor(7.9) // 7.0 floor(-7.1) // -8.0 floor(-7.9) // -8.0下面的函数可以实现“四舍五入”。 double round_nearest(double x) { return x y的结果。isgreaterequal()：返回x >= y的结果。isless()：返回x < y的结果。islessequal()：返回x y)的结果。下面是一些例子。 isgreater(10.0, 3.0) // 1 isgreaterequal(10.0, 10.0) // 1 isless(10.0, 3.0) // 0 islessequal(10.0, 3.0) // 0 islessgreater(10.0, 3.0) // 1 islessgreater(10.0, 30.0) // 1 islessgreater(10.0, 10.0) // 0isunordered()isunordered()返回两个参数之中，是否存在 NAN。 int isunordered(any_floating_type x, any_floating_type y);下面是一些例子。 isunordered(1.0, 2.0) // 0 isunordered(1.0, sqrt(-1)) // 1 isunordered(NAN, 30.0) // 1 isunordered(NAN, NAN) // 1其他函数下面是 math.h 包含的其它函数。 pow()：计算参数x的y次方。sqrt()：计算一个数的平方根。cbrt()：计算立方根。fabs()：计算绝对值。hypot()：根据直角三角形的两条直角边，计算斜边。fmax()：返回两个参数之中的最大值。fmin()：返回两个参数之中的最小值。remainder()：返回 IEC 60559 标准的余数，类似于fmod()，但是余数范围是从-y/2到y/2，而不是从0到y。remquo()：同时返回余数和商，余数的计算方法与remainder()相同。copysign()：返回一个大小等于第一个参数、符号等于第二个参数的值。nan()：返回 NAN。 nextafter()：获取下一个（或者上一个，具体方向取决于第二个参数y）当前系统可以表示的浮点值。nextoward()：与nextafter()相同，除了第二个参数是 long double 类型。fdim()：如果第一个参数减去第二个参数大于0，则返回差值，否则返回0。fma()：以快速计算的方式，返回x * y + z的结果。nearbyint()：在当前舍入方向上，舍入到最接近的整数。当前舍入方向可以使用fesetround()函数设定。rint()：在当前舍入方向上，舍入到最接近的整数，与nearbyint()相同。不同之处是，它会触发浮点数的INEXACT异常。lrint()：在当前舍入方向上，舍入到最接近的整数，与rint()相同。不同之处是，返回值是一个整数，而不是浮点数。erf()：计算一个值的误差函数。erfc()：计算一个值的互补误差函数。tgamma()：计算 Gamma 函数。lgamma()：计算 Gamma 函数绝对值的自然对数。下面是一些例子。 pow(3, 4) // 81.000000 sqrt(3.0) // 1.73205 cbrt(1729.03) // 12.002384 fabs(-3490.0) // 3490.000000 hypot(3, 4) // 5.000000 fmax(3.0, 10.0) // 10.000000 fmin(10.0, 3.0) // 3.000000signal.h简介signal.h提供了信号（即异常情况）的处理工具。所谓“信号”（signal），可以理解成系统与程序之间的短消息，主要用来表示运行时错误，或者发生了异常事件。 头文件signal.h定义了一系列宏，表示不同的信号。 SIGABRT：异常中止（可能由于调用了 abort() 方法）。SIGFPE：算术运算发生了错误（可能是除以 0 或者溢出）。SIGILL：无效指令。SIGINT：中断。SIGSEGV：无效内存访问。SIGTERM：终止请求。上面每个宏的值都是一个正整数常量。 signal()头文件signal.h还定义了一个signal()函数，用来指定某种信号的处理函数。 signal(SIGINT, handler);signal()接受两个参数，第一个参数是某种信号的宏，第二个参数是处理这个信号的函数指针handler。 信号处理函数handler接受一个 int 类型的参数，表示信号类型。它的原型如下。 void (*func)(int);handler函数体内部可以根据这个整数，判断到底接受到了哪种信号，因为多个信号可以共用同一个处理函数。一旦处理函数执行完成，程序会从信号发生点恢复执行。但是，如果遇到 SIGABRT 信号，处理函数执行完成，系统会让程序中止。 当系统向程序发送信号时，程序可以忽略信号，即不指定处理函数。 signal()的返回值是前一个处理函数的指针，常常把它保存在变量之中，当新的处理函数执行完，再恢复以前的处理函数。 void (*orig_handler)(int); orig_handler = signal(SIGINT, handler); // SIGINT 信号发生之后 signal(SIGINT, orig_handler);上面示例中，signal()为信号SIGINT指定了新的处理函数handler，把原来的处理函数保存在变量orig_handler里面。等到handler这个函数用过之后，再恢复原来的处理函数。 信号相关的宏signal.h还提供了信号相关的宏。 （1）SIG_DFL SIG_DFL 表示默认的处理函数。 signal(SIGINT, SIG_DFL);上面示例中，SIGINT 的处理函数是默认处理函数，由当前实现决定。 （2）SIG_IGN SIG_IGN 表示忽略该信号。 signal(SIGINT, SIG_IGN);上面示例表示不对 SIGINT 信号进行处理。由于程序运行时按下 Ctrl + c 是发出 SIGINT 信号，所以使用该语句后，程序无法用 Ctrl + c 终止。 （3）SIG_ERR SIG_ERR 是信号处理函数发生错误时，signal()的返回值。 if (signal(SIGINT, handler) == SIG_ERR) { perror("signal(SIGINT, handler) failed"); // ... }上面示例可以判断handler处理 SIGINT 时，是否发生错误。 raise()raise()函数用来在程序中发出信号。 int raise(int sig);它接受一个信号值作为参数，表示发出该信号。它的返回值是一个整数，可以用来判断信号发出是否成功，0 表示成功，非 0 表示失败。 void handler(int sig) { printf("Handler called for signal %d\n", sig); } signal(SIGINT, handler); raise(SIGINT);上面示例中，raise()触发 SIGINT 信号，导致 handler 函数执行。 stdarg.hstdarg.h定义于函数的可变参数相关的一些方法。 va_list 类型va_start()va_arg()：获取当前参数va_end()。va_copy()：it makes a copy of your va_list variable in the exact same state. va_copy() can be useful if you need to scan ahead through the arguments but need to also remember your current place. 接受可变函数作为参数的一些方法。 vprintf()vfprintf()vsprintf()vsnprintf()#include #include int my_printf(int serial, const char *format, ...) { va_list va; // Do my custom work printf("The serial number is: %d\n", serial); // Then pass the rest off to vprintf() va_start(va, format); int rv = vprintf(format, va); va_end(va); return rv; } int main(void) { int x = 10; float y = 3.2; my_printf(3490, "x is %d, y is %f\n", x, y); }stdbool.hstdbool.h头文件定义了4个宏。 bool：定义为_Bool。true：定义为1。false：定义为0。__bool_true_false_are_defined：定义为1。bool isEven(int number) { if (number % 2) { return true; } else { return false; } } #include #include int main(void) { unsigned long num; unsigned long div; bool isPrime = true; num = 64457; for (div = 2; (div * div) = 0; i--) { printf("\r%d", i); fflush(stdout); sleep(1); }上面示例是一个倒计时效果，\r是回车键，表示每轮循环都会回到当前行的行首，等于删除上一轮循环的输出。fflush(stdout)表示立即将缓存输出到显示器，这一行是必需的，否则由于上一行的输出没有回车键，不会触发缓存输出，屏幕上不会显示任何内容，只会等到程序运行结束再一次性输出。 setvbuf()setvbuf()函数用于定义某个字节流应该如何缓存。它可以接受四个参数。 int setvbuf(FILE* stream, char* buffer, int mode, size_t size)第一个参数stream是文件流。 第二个参数buffer是缓存区的地址。 第三个参数mode指定缓存的行为模式，它是下面三个宏之一，这些宏都定义在stdio.h。 _IOFBF：满缓存。当缓存为空时，才从流读入数据；当缓存满了，才向流写入数据。一般情况下，这是默认设置。_IOLBF：行缓存。每次从流读入一行数据，或向流写入一行数据，即以行为单位读写缓存。_IONBF：无缓存。不使用缓存区，直接读写设备。第四个参数size指定缓存区的大小。较大的缓存区提供更好的性能，而较小的缓存区可以节省空间。stdio.h提供了一个宏BUFSIZ，表示系统默认的缓存区大小。 它的意义在于，使得用户可以在打开一个文件之前，定义自己的文件缓冲区，而不必使用fopen()函数打开文件时设定的默认缓冲区。 char buffer[N]; setvbuf(stream, buffer, _IOFBF, N);上面示例设置文件流stream的缓存区从地址buffer开始，大小为N，模式为_IOFBF。 setvbuf()的第二个参数可以为空指针 NULL。这样的话，setvbuf()会自己创建一个缓存区。 注意，setvbuf()的调用必须在对文件流执行任何操作之前。 如果调用成功，setvbuf()的返回值为0，否则返回非零值。 下面的例子是将缓存区调整为行缓存。 FILE *fp; char lineBuf[1024]; fp = fopen("somefile.txt", "r"); setvbuf(fp, lineBuf, _IOLBF, 1024);setbuf()setbuf()是setvbuf()的早期版本，可以视为后者的简化版本，也用来定义某个字节流的缓存区。 void setbuf(FILE* stream, char* buffer);它的第一个参数stream是文件流，第二个参数buffer是缓存区的地址。 它总是可以改写成setvbuf()。 char buffer[BUFSIZ]; setbuf(stream, buffer); // 等同于 setvbuf(stream, buffer, _IOFBF, BUFSIZ);上面示例中，BUFSIZ是stdio.h定义的宏，表示系统默认的缓存区大小。 setbuf()函数没有返回值。 setbuf()的第二个参数如果设置为 NULL，表示不进行缓存。 setbuf(stdout, NULL); // 等同于 setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);ungetc()ungetc()将从缓存里面读取的上一个字符，重新放回缓存，下一个读取缓存的操作会从这个字符开始。有些操作需要了解下一个字符是什么，再决定应该怎么处理，这时这个函数就很有用。 它的原型如下。 int ungetc(int c, FILE *stream);它的第一个参数是一个字符变量，第二个参数是一个打开的文件流。它的返回值是放回缓存的那个字符，操作失败时，返回 EOF。 int ch = fgetc(fp); if (isdigit(ch)) { ch = fgetc(fp); } ungetc(ch, fp);上面示例中，如果读取的字符不是数字，就将其放回缓存。 perror()perror()用于在 stderr 的错误信息之前，添加一个自定义字符串。 void perror(const char *s);该函数的参数就是在报错信息前添加的字符串。它没有返回值。 #include #include #include #include int main(void) { int x = -1; errno = 0; float y = sqrt(x); if (errno != 0) { perror("sqrt error"); exit(EXIT_FAILURE); } }上面示例中，求-1的平方根，导致报错。头文件errno.h提供宏errno，只要上一步操作出错，这个宏就会设置成非零值。perror()用来在报错信息前，加上sqrt error的自定义字符串。 执行上面的程序，就会得到下面的报错信息。 $ gcc test.c -lm $ ./a.out sqrt error: Numerical argument out of domain可变参数操作函数（1）输出函数 下面是printf()的变体函数，用于按照给定格式，输出函数的可变参数列表（va_list）。 vprintf()：按照给定格式，输出到控制台，默认是显示器。vfprintf()：按照给定格式，输出到文件。vsprintf()：按照给定格式，输出到字符串。vsnprintf()：按照给定格式，输出到字符串的安全版本。它们的原型如下，基本与对应的printf()系列函数一致，除了最后一个参数是可变参数对象。 #include #include int vprintf( const char * restrict format, va_list arg ); int vfprintf( FILE * restrict stream, const char * restrict format, va_list arg ); int vsprintf( char * restrict s, const char * restrict format, va_list arg ); int vsnprintf( char * restrict s, size_t n, const char * restrict format, va_list arg );它们的返回值都为输出的字符数，如果出错，返回负值。 vsprintf()和vsnprintf()的第一个参数可以为 NULL，用来查看多少个字符会被写入。 下面是一个例子。 int logger(char *format, ...) { va_list va; va_start(va, format); int result = vprintf(format, va); va_end(va); printf("\n"); return result; } // 输出 x = 12 and y = 3.20 logger("x = %d and y = %.2f", x, y);（2）输入函数 下面是scanf()的变体函数，用于按照给定格式，输入可变参数列表 (va_list)。 vscanf()：按照给定格式，从控制台读取（默认为键盘）。vfscanf()：按照给定格式，从文件读取。vsscanf()：按照给定格式，从字符串读取。它们的原型如下，跟对应的scanf()函数基本一致，除了最后一个参数是可变参数对象。 #include #include int vscanf( const char * restrict format, va_list arg ); int vfscanf( FILE * restrict stream, const char * restrict format, va_list arg ); int vsscanf( const char * restrict s, const char * restrict format, va_list arg );它们返回成功读取的项数，遇到文件结尾或错误，则返回 EOF。 下面是一个例子。 int error_check_scanf(int expected_count, char *format, ...) { va_list va; va_start(va, format); int count = vscanf(format, va); va_end(va); assert(count == expected_count); return count; } error_check_scanf(3, "%d, %d/%f", &a, &b, &c);stdlib.h类型别名和宏stdlib.h 定义了下面的类型别名。 size_t：sizeof 的返回类型。wchar_t：宽字符类型。stdlib.h 定义了下面的宏。 NULL：空指针。EXIT_SUCCESS：函数运行成功时的退出状态。EXIT_FAILURE：函数运行错误时的退出状态。RAND_MAX：rand() 函数可以返回的最大值。MB_CUR_MAX：当前语言环境中，多字节字符占用的最大字节数。abs()，labs()，llabs()这三个函数用于计算整数的绝对值。abs()用于 int 类型，labs()用于 long int 类型，llabs()用于 long long int 类型。 int abs(int j); long int labs(long int j); long long int llabs(long long int j);下面是用法示例。 // 输出 |-2| = 2 printf("|-2| = %d\n", abs(-2)); // 输出 |4| = 4 printf("|4| = %d\n", abs(4));div()，ldiv()，lldiv()这三个函数用来计算两个参数的商和余数。div()用于 int 类型的相除，ldiv()用于 long int 类型的相除，lldiv()用于 long long int 类型的相除。 div_t div(int numer, int denom); ldiv_t ldiv(long int numer, long int denom); lldiv_t lldiv(long long int numer, long long int denom);这些函数把第2个参数（分母）除以第1个参数（分子），产生商和余数。这两个值通过一个数据结构返回，div()返回 div_t 结构，ldiv()返回 ldiv_t 结构，lldiv()返回 lldiv_t 结构。 这些结构都包含下面两个字段， int quot; // 商 int rem; // 余数它们完整的定义如下。 typedef struct { int quot, rem; } div_t; typedef struct { long int quot, rem; } ldiv_t; typedef struct { long long int quot, rem; } lldiv_t;下面是一个例子。 div_t d = div(64, -7); // 输出 64 / -7 = -9 printf("64 / -7 = %d\n", d.quot); // 输出 64 % -7 = 1 printf("64 %% -7 = %d\n", d.rem);字符串转成数值a 系列函数stdlib.h定义了一系列函数，可以将字符串转为数字。 atoi()：字符串转成 int 类型。atof()：字符串转成 double 类型。atol()：字符串转成 long int 类型。atoll()：字符串转成 long long int 类型。它们的原型如下。 int atoi(const char* nptr); double atof(const char* nptr); long int atol(const char* nptr); long long int atoll(const char* nptr);上面函数的参数都是一个字符串指针，字符串开头的空格会被忽略，转换到第一个无效字符处停止。函数名称里面的a代表 ASCII，所以atoi()的意思是“ASCII to int”。 它们返回转换后的数值，如果字符串无法转换，则返回0。 下面是用法示例。 atoi("3490") // 3490 atof("3.141593") // 3.141593如果参数是数字开头的字符串，atoi()会只转换数字部分，比如atoi("42regular")会返回整数42。如果首字符不是数字，比如“hello world”，则会返回0。 str 系列函数（浮点数转换）stdlib.h还定义了一些更强功能的浮点数转换函数。 strtof()：字符串转成 float 类型。strtod()：字符串转成 double 类型。strtold()：字符串转成 long double 类型。它们的原型如下。 float strtof( const char* restrict nptr, char** restrict endptr ); double strtod( const char* restrict nptr, char** restrict endptr ); long double strtold( const char* restrict nptr, char** restrict endptr );它们都接受两个参数，第一个参数是需要转换的字符串，第二个参数是一个指针，指向原始字符串里面无法转换的部分。 nptr：待转换的字符串（起首的空白字符会被忽略）。endprt：一个指针，指向不能转换部分的第一个字符。如果字符串可以完全转成数值，该指针指向字符串末尾的终止符\0。这个参数如果设为 NULL，就表示不需要处理字符串剩余部分。它们的返回值是已经转换后的数值。如果字符串无法转换，则返回0。如果转换结果发生溢出，errno 会被设置为 ERANGE。如果值太大（无论是正数还是负数），函数返回HUGE_VAL；如果值太小，函数返回零。 char *inp = " 123.4567abdc"; char *badchar; double val = strtod(inp, &badchar); printf("%f\n", val); // 123.456700 printf("%s\n", badchar); // abdc字符串可以完全转换的情况下，第二个参数指向\0，因此可以用下面的写法判断是否完全转换。 if (*endptr == '\0') { // 完全转换 } else { // 存在无法转换的字符 }如果不关心没有转换的部分，则可以将 endptr 设置为 NULL。 这些函数还可以将字符串转换为特殊值 Infinity 和 NaN。如果字符串包含 INF 或 INFINITY（大写或小写皆可），则将转换为 Infinity；如果字符串包含 NAN，则将返回 NaN。 str 系列函数（整数转换）str 系列函数也有整数转换的对应函数。 strtol()：字符串转成 long int 类型。strtoll()：字符串转成 long long int 类型。strtoul()：字符串转成 unsigned long int 类型。strtoull()：字符串转成 unsigned long long int 类型。它们的原型如下。 long int strtol( const char* restrict nptr, char** restrict endptr, int base ); long long int strtoll( const char* restrict nptr, char** restrict endptr, int base ); unsigned long int strtoul( const char* restrict nptr, char** restrict endptr, int base ); unsigned long long int strtoull( const char* restrict nptr, char** restrict endptr, int base );它们接受三个参数。 （1）nPtr：待转换的字符串（起首的空白字符会被忽略）。 （2）endPrt：一个指针，指向不能转换部分的第一个字符。如果字符串可以完全转成数值，该指针指向字符串末尾的终止符\0。这个参数如果设为 NULL，就表示不需要处理字符串剩余部分。 （3）base：待转换整数的进制。这个值应该是2到36之间的整数，代表相应的进制，如果是特殊值0，表示让函数根据数值的前缀，自己确定进制，即如果数字有前缀0，则为八进制，如果数字有前缀0x或0X，则为十六进制。 它们的返回值是转换后的数值，如果转换不成功，返回0。 下面是转换十进制整数的例子。 char* s = "3490"; unsigned long int x = strtoul(u, NULL, 10); printf("%lu\n", x); // 3490下面是转换十六进制整数的例子。 char* end; long value = strtol("0xff", &end, 16); printf("%ld\n", value); // 255 printf("%s\n", end); // 无内容 value = strtol("0xffxx", &end, 16); printf("%ld\n", value); // 255 printf("%s\n", end); // xx上面示例中，strtol()可以指定字符串包含的是16进制整数。不能转换的部分，可以使用指针end进行访问。 下面是转换二进制整数的例子。 char* s = "101010"; unsigned long int x = strtoul(s, NULL, 2); printf("%lu\n", x); // 42下面是让函数自行判断整数进制的例子。 #include #include int main(void) { const char* string = "-1234567abc"; char* remainderPtr; long x = strtol(string, &remainderPtr, 0); printf("%s\"%s\"\n%s%ld\n%s\"%s\"\n", "The original string is ", string, "The converted value is ", x, "The remainder of the original string is ", remainderPtr ); }上面代码的输出结果如下。 The original string is "-1234567abc" The converted value is -1234567 The remainder of the original string is "abc"如果被转换的值太大，strtol()函数在errno中存储ERANGE这个值，并返回LONG_MIN（原值为负数）或LONG_MAX（原值为正数），strtoul()则返回ULONG_MAX。 rand()rand()函数用来生成 0～RAND_MAX 之间的随机整数。RAND_MAX是一个定义在stdlib.h里面的宏，通常等于 INT_MAX。 // 原型 int rand(void); // 示例 int x = rand();如果希望获得整数 N 到 M 之间的随机数（包括 N 和 M 两个端点值），可以使用下面的写法。 int x = rand() % （M - N + 1) + N;比如，1 到 6 之间的随机数，写法如下。 int x = rand() % 6 + 1;获得浮点数的随机值，可以使用下面的写法。 // 0 到 0.999999 之间的随机数 printf("0 to 0.99999: %f\n", rand() / ((float)RAND_MAX + 1)); // n 到 m 之间的随机数： // n + m * (rand() / (float)RAND_MAX) printf("10.5 to 15.7: %f\n", 10.5 + 5.2 * rand() / (float)RAND_MAX);上面示例中，由于rand()和RAND_MAX都是 int 类型，要用显示的类型转换转为浮点数。 srand()rand()是伪随机数函数，为了增加随机性，必须在调用它之前，使用srand()函数重置一下种子值。 srand()函数接受一个无符号整数（unsigned int）作为种子值，没有返回值。 void srand(unsigned int seed);通常使用time(NULL)函数返回当前距离时间纪元的秒数，作为srand()的参数。 #include srand((unsigned int) time(NULL));上面代码中，time()的原型定义在头文件time.h里面，返回值的类型是类型别名time_t，具体的类型与系统有关，所以要强制转换一下类型。time()的参数是一个指针，指向一个具体的 time_t 类型的时间值，这里传入空指针NULL作为参数，由于 NULL 一般是0，所以也可以写成time(0)。 abort()abort()用于不正常地终止一个正在执行的程序。使用这个函数的目的，主要是它会触发 SIGABRT 信号，开发者可以在程序中为这个信号设置一个处理函数。 void abort(void);该函数没有参数。 exit()，quick_exit()，_Exit()这三个函数都用来退出当前正在执行的程序。 void exit(int status); void quick_exit(int status); void _Exit(int status);它们都接受一个整数，表示程序的退出状态，0是正常退出，非零值表示发生错误，可以使用宏EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE当作参数。它们本身没有返回值。 它们的区别是，退出时所做的清理工作不同。exit()是正常退出，系统会做完整的清理，比如更新所有文件流，并且删除临时文件。quick_exit()是快速退出，系统的清理工作稍微少一点。_Exit()是立即退出，不做任何清理工作。 下面是一些用法示例。 exit(EXIT_SUCCESS); quick_exit(EXIT_FAILURE); _Exit(2);atexit()，at_quick_exit()atexit()用来登记当前程序退出时（调用exit()或main()正常退出），所要执行的其他函数。 at_quick_exit()则是登记使用quick_exit()方法退出当前程序时，所要执行的其他函数。 exit()只能触发atexit()登记的函数，quick_exit()只能触发at_quick_exit()登记的函数。 int atexit(void (*func)(void)); int at_quick_exit(void (*func)(void));它们的参数是要执行的函数地址，即函数名。它们的返回值都是调用成功时返回0，调用失败时返回非零值。 下面是一个例子。 void sign_off(void); void too_bad(void); int main(void) { int n; atexit(sign_off); /* 注册 sign_off()函数 */ puts("Enter an integer:"); if (scanf("%d", &n) != 1) { puts("That's no integer!"); atexit(too_bad); /* 注册 too_bad()函数 */ exit(EXIT_FAILURE); } printf("%d is %s.\n", n, (n % 2 == 0) ? "even" : "odd"); return 0; } void sign_off(void) { puts("sign_off"); } void too_bad(void) { puts("too bad"); }上面示例中，用户输入失败时，会调用sign_off()和too_bad()函数；但是输入成功时只会调用sign_off()。因为只有输入失败时，才会进入if语句登记too_bad()。 另外，如果有多条atexit()语句，函数退出时最先调用的，是最后一个登记的函数。 atexit()登记的函数（如上例的sign_off和too_bad）应该不带任何参数且返回类型为void。通常，这些函数会执行一些清理任务，例如删除临时文件或重置环境变量。 at_quick_exit()也是同样的规则，下面是一个例子。 void exit_handler_1(void) { printf("1\n"); } void exit_handler_2(void) { printf("2\n"); } int main(void) { at_quick_exit(exit_handler_1); at_quick_exit(exit_handler_2); quick_exit(0); }执行上面的示例，命令行会先输出2，再输出1。 getenv()getenv()用于获取环境变量的值。环境变量是操作系统提供的程序之外的一些环境参数。 char* getenv(const char* name);它的参数是一个字符串，表示环境变量名。返回值也是一个字符串，表示环境变量的值。如果指定的环境变量不存在，则返回 NULL。 下面是输出环境变量$PATH的值的例子。 printf("PATH is %s\n", getenv("PATH"));system()system()函数用于执行外部程序。它会把它的参数字符串传递给操作系统，让操作系统的命令处理器来执行。 void system( char const * command );这个函数的返回值因编译器而异。但是标准规定，如果 NULL 作为参数，表示询问操作系统，是否有可用的命令处理器，如果有的话，返回一个非零值，否则返回零。 下面是执行ls命令的例子。 system("ls -l");内存管理函数stdlib.h 提供了一些内存操作函数，下面几个函数详见《内存管理》一章，其余在本节介绍。 malloc()：分配内存区域calloc()：分配内存区域。realloc()：调节内存区域大小。free()：释放内存区域。aligned_alloc()很多系统有内存对齐的要求，即内存块的大小必须是某个值（比如64字节）的倍数，这样有利于提高处理速度。aligned_alloc()就用于分配满足内存对齐要求的内存块，它的原型如下。 void* aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);它接受两个参数。 alignment：整数，表示内存对齐的单位大小，一般是2的整数次幂（2、4、8、16……）。size：整数，表示内存块的大小。分配成功时，它返回一个无类型指针，指向新分配的内存块。分配失败时，返回 NULL。 char* p = aligned_alloc(64, 256);上面示例中，aligned_alloc()分配的内存块，单位大小是64字节，要分配的字节数是256字节。 qsort()qsort()用来快速排序一个数组。它对数组成员的类型没有要求，任何类型数组都可以用这个函数排序。 void qsort( void *base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *) );该函数接受四个参数。 base：指向要排序的数组开始位置的指针。nmemb：数组成员的数量。size：数组每个成员占用的字节长度。compar：一个函数指针，指向一个比较两个成员的函数。比较函数compar将指向数组两个成员的指针作为参数，并比较两个成员。如果第一个参数小于第二个参数，该函数应该返回一个负值；如果两个函数相等，返回0；如果第一个参数大于第二个参数，应该返回一个正数。 下面是一个用法示例。 #include #include int compar(const void* elem0, const void* elem1) { const int* x = elem0; const int* y = elem1; return *x - *y; } int main(void) { int a[9] = {14, 2, 3, 17, 10, 8, 6, 1, 13}; qsort(a, 9, sizeof(int), compar); for (int i = 0; i |
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