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。
    1. int abs(int j);
    2. long int labs(long int j);
    3. long long int llabs(long long int j);
    下面是用法示例。 ```c // 输出 |-2| = 2 printf(“|-2| = %d\n”, abs(-2));

// 输出 |4| = 4 printf(“|4| = %d\n”, abs(4));

  1. <a name="mhm10"></a>
  2. ## div(),ldiv(),lldiv()
  3. 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。
  4. ```c
  5. div_t div(int numer, int denom);
  6. ldiv_t ldiv(long int numer, long int denom);
  7. 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,

  1. int quot;  // 商
  2. int rem;  // 余数

它们完整的定义如下。

  1. typedef struct {
  2. int quot, rem;
  3. } div_t;
  4. typedef struct {
  5. long int quot, rem;
  6. } ldiv_t;
  7. typedef struct {
  8. long long int quot, rem;
  9. } lldiv_t;

下面是一个例子。

  1. div_t d = div(64, -7);
  2. // 输出 64 / -7 = -9
  3. printf("64 / -7 = %d\n", d.quot);
  4. // 输出 64 % -7 = 1
  5. 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。

  1. int atoi(const char* nptr);
  2. double atof(const char* nptr);
  3. long int atol(const char* nptr);
  4. 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。

  1. atoi("3490") // 3490
  2. 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。

  1. float strtof(
  2. const char* restrict nptr,
  3. char** restrict endptr
  4. );
  5. double strtod(
  6. const char* restrict nptr,
  7. char** restrict endptr
  8. );
  9. long double strtold(
  10. const char* restrict nptr,
  11. char** restrict endptr
  12. );

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。

  1. char *inp = " 123.4567abdc";
  2. char *badchar;
  3. double val = strtod(inp, &badchar);
  4. printf("%f\n", val); // 123.456700
  5. 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。

  1. if (*endptr == '\0') {
  2. // 完全转换
  3. } else {
  4. // 存在无法转换的字符
  5. }

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。

  1. long int strtol(
  2. const char* restrict nptr,
  3. char** restrict endptr,
  4. int base
  5. );
  6. long long int strtoll(
  7. const char* restrict nptr,
  8. char** restrict endptr,
  9. int base
  10. );
  11. unsigned long int strtoul(
  12. const char* restrict nptr,
  13. char** restrict endptr,
  14. int base
  15. );
  16. unsigned long long int strtoull(
  17. const char* restrict nptr,
  18. char** restrict endptr, int base
  19. );

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。

  1. char* s = "3490";
  2. unsigned long int x = strtoul(u, NULL, 10);
  3. printf("%lu\n", x); // 3490

下面是转换十六进制整数的例子。

  1. char* end;
  2. long value = strtol("0xff", &end, 16);
  3. printf("%ld\n", value); // 255
  4. printf("%s\n", end); // 无内容
  5. value = strtol("0xffxx", &end, 16);
  6. printf("%ld\n", value); // 255
  7. 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。

  1. char* s = "101010";
  2. unsigned long int x = strtoul(s, NULL, 2);
  3. printf("%lu\n", x); // 42

下面是让函数自行判断整数进制的例子。

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. int main(void) {
  4. const char* string = "-1234567abc";
  5. char* remainderPtr;
  6. long x = strtol(string, &remainderPtr, 0);
  7. printf("%s\"%s\"\n%s%ld\n%s\"%s\"\n",
  8. "The original string is ",
  9. string,
  10. "The converted value is ",
  11. x,
  12. "The remainder of the original string is ",
  13. remainderPtr
  14. );
  15. }

上面代码的输出结果如下。

  1. The original string is "-1234567abc"
  2. The converted value is -1234567
  3. 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。

  1. // 原型
  2. int rand(void);
  3. // 示例
  4. 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。

  1. int x = rand() % M - N + 1) + N;

比如,1 到 6 之间的随机数,写法如下。

  1. int x = rand() % 6 + 1;

获得浮点数的随机值,可以使用下面的写法。

  1. // 0 到 0.999999 之间的随机数
  2. printf("0 to 0.99999: %f\n", rand() / ((float)RAND_MAX + 1));
  3. // n 到 m 之间的随机数:
  4. // n + m * (rand() / (float)RAND_MAX)
  5. 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。

  1. 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。

  1. #include <time.h>
  2. 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。

  1. 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。

  1. void exit(int status);
  2. void quick_exit(int status);
  3. 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。

  1. exit(EXIT_SUCCESS);
  2. quick_exit(EXIT_FAILURE);
  3. _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。

  1. int atexit(void (*func)(void));
  2. 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。

  1. void sign_off(void);
  2. void too_bad(void);
  3. int main(void) {
  4. int n;
  5. atexit(sign_off);   /* 注册 sign_off()函数 */
  6. puts("Enter an integer:");
  7. if (scanf("%d", &n) != 1) {
  8. puts("That's no integer!");
  9. atexit(too_bad); /* 注册 too_bad()函数 */
  10. exit(EXIT_FAILURE);
  11. }
  12. printf("%d is %s.\n", n, (n % 2 == 0) ? "even" : "odd");
  13. return 0;
  14. }
  15. void sign_off(void) {
  16. puts("sign_off");
  17. }
  18. void too_bad(void) {
  19. puts("too bad");
  20. }

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。

  1. void exit_handler_1(void) {
  2. printf("1\n");
  3. }
  4. void exit_handler_2(void) {
  5. printf("2\n");
  6. }
  7. int main(void) {
  8. at_quick_exit(exit_handler_1);
  9. at_quick_exit(exit_handler_2);
  10. quick_exit(0);
  11. }

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。

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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。

    1. 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。

  1. 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。

  1. void qsort(
  2. void *base,
  3. size_t nmemb,
  4. size_t size,
  5. int (*compar)(const void *, const void *)
  6. );

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。

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. int compar(const void* elem0, const void* elem1) {
  4. const int* x = elem0;
  5. const int* y = elem1;
  6. return *x - *y;
  7. }
  8. int main(void) {
  9. int a[9] = {14, 2, 3, 17, 10, 8, 6, 1, 13};
  10. qsort(a, 9, sizeof(int), compar);
  11. for (int i = 0; i < 9; i++)
  12. printf("%d ", a[i]);
  13. putchar('\n');
  14. }

执行上面示例,会输出排序好的数组“1 2 3 6 8 10 13 14 17”。

bsearch()

bsearch()使用二分法搜索,在数组中搜索一个值。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搜索值。
注意,该方法只对已经排序好的数组有效。

  1. void *bsearch(
  2. const void* key,
  3. const void* base,
  4. size_t nmemb,
  5. size_t size,
  6. int (*compar)(const void *, const void *)
  7. );

这个函数接受5个参数。

  • key:指向要查找的值的指针。
  • base:指向数组开始位置的指针,数组必须已经排序。
  • nmemb:数组成员的数量。
  • size:数组每个成员占用的字节长度。
  • compar:指向一个将待查找值与其他值进行比较的函数的指针。

比较函数compar将待查找的值作为第一个参数,将要比较的值作为第二个参数。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;如果两个参数相等,返回0;如果第一个参数大于第二个参数,返回一个正值。
如果找到待查找的值,bsearch()返回指向该值的指针,如果找不到,返回 NULL。
下面是一个用法示例。

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. int compar(const void *key, const void *value) {
  4. const int* k = key;
  5. const int* v = value;
  6. return *k - *v;
  7. }
  8. int main(void) {
  9. int a[9] = {2, 6, 9, 12, 13, 18, 20, 32, 47};
  10. int* r;
  11. int key;
  12. key = 12; // 包括在数组中
  13. r = bsearch(&key, a, 9, sizeof(int), compar);
  14. printf("Found %d\n", *r);
  15. key = 30; // 不包括在数组中
  16. r = bsearch(&key, a, 9, sizeof(int), compar);
  17. if (r == NULL)
  18. printf("Didn't find 30\n");
  19. return 0;
  20. }

执行上面的示例,会输出下面的结果。

  1. Found 12
  2. Didn't find 30

多字节字符函数

stdlib.h 提供了下面的函数,用来操作多字节字符,详见《多字节字符》一章。

  • mblen():多字节字符的字节长度。
  • mbtowc():将多字节字符转换为宽字符。
  • wctomb():将宽字符转换为多字节字符。
  • mbstowcs():将多字节字符串转换为宽字符串。
  • wcstombs():将宽字符串转换为多字节字符串。