C语言的stdlib（standard library）库是C语言程序员经常使用的标准库之一，它提供了一系列功能丰富的函数，涵盖了内存管理、字符串处理、随机数生成、数学计算等方面。本文将详细介绍stdlib库中一些常用函数的功能，并通过示例代码来说明它们的用法。
1. 内存管理函数
1.1 malloc()、calloc()和realloc()
这三个函数用于动态内存分配。其中：
malloc(size_t size)用于分配指定大小的内存空间，并返回指向该内存空间的指针。calloc(size_t num, size_t size)用于分配指定数量、指定大小的内存空间，并将该空间的每一位初始化为0，然后返回指向该内存空间的指针。realloc(void *ptr, size_t size)用于重新分配之前分配的内存空间的大小，ptr是之前分配的内存的指针，size是重新分配的大小。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 使用malloc分配10个int大小的内存空间
int *ptr1 = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
// 使用calloc分配20个int大小的内存空间
int *ptr2 = (int *)calloc(20, sizeof(int));
// 使用realloc重新分配ptr1所指向的内存空间大小为20个int
ptr1 = (int *)realloc(ptr1, 20 * sizeof(int));
// 释放内存
free(ptr1);
free(ptr2);
return 0;
}
1.2 free()
free(void *ptr) 用于释放之前动态分配的内存空间，ptr 是指向需要释放的内存空间的指针。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 动态分配内存空间
int *ptr = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
// 使用内存空间
// 释放内存空间
free(ptr);
return 0;
}
2. 字符串处理函数
2.1 strcpy()、strncpy()和strcat()
这些函数用于字符串的拷贝和连接。
strcpy(char *dest, const char *src)将源字符串src复制到目标字符串dest中，直到遇到'\0'结束。strncpy(char *dest, const char *src, size_t n)类似于strcpy，但最多复制n个字符。strcat(char *dest, const char *src)将源字符串src连接到目标字符串dest的末尾。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
char dest[20] = "Hello";
char src[] = " world!";
// 将src复制到dest
strcpy(dest, src);
printf("strcpy: %s\n", dest);
char dest2[20] = "Hello";
// 将src的前5个字符复制到dest2
strncpy(dest2, src, 5);
printf("strncpy: %s\n", dest2);
char dest3[20] = "Hello";
// 将src连接到dest3的末尾
strcat(dest3, src);
printf("strcat: %s\n", dest3);
return 0;
}
2.2 strlen()
strlen(const char *str) 返回字符串 str 的长度，不包括结尾的 '\0'。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
char str[] = "Hello";
int len = strlen(str);
printf("Length of string: %d\n", len);
return 0;
}
3. 随机数生成函数: rand() 和 srand()
rand() 函数用于生成一个伪随机数，范围在 0 到 RAND_MAX 之间，其中 RAND_MAX 是一个常量，代表随机数的最大取值。需要注意的是，每次程序运行时，使用 rand() 函数生成的随机数序列是相同的。
为了产生不同的随机数序列，可以使用 srand() 函数来设置随机数生成器的种子。通常，可以使用当前时间作为种子，以保证每次运行程序时生成的随机数序列都不同。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
// 设置随机数生成器的种子为当前时间
srand(time(NULL));
// 生成随机数
int random_num = rand() % 100; // 生成 0 到 99 之间的随机数
printf("Random number: %d\n", random_num);
return 0;
}
4. 系统退出函数: exit()
exit(int status) 函数用于退出程序，并返回一个状态码 status 给操作系统。通常情况下，状态码 0 表示程序正常结束，非零状态码表示程序异常结束。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
printf("Before exit.\n");
// 退出程序，并返回状态码 0
exit(0);
printf("After exit. This line won't be executed.\n");
return 0;
}
5. 环境变量操作函数: getenv()
getenv(const char *name) 函数用于获取指定名称的环境变量的值，并返回该值的字符串指针。如果指定名称的环境变量不存在，则返回 NULL。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 获取环境变量 PATH 的值
char *path_value = getenv("PATH");
if (path_value != NULL) {
printf("Value of PATH: %s\n", path_value);
} else {
printf("PATH environment variable not found.\n");
}
return 0;
}
6. 数学计算函数
6.1 abs() 和 labs()
abs(int n) 函数用于计算整数 n 的绝对值，返回一个整数。
labs(long int n) 函数用于计算长整数 n 的绝对值，返回一个长整数。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int num1 = -10;
long int num2 = -1000000;
// 计算整数的绝对值
int abs_num1 = abs(num1);
printf("Absolute value of %d: %d\n", num1, abs_num1);
// 计算长整数的绝对值
long int abs_num2 = labs(num2);
printf("Absolute value of %ld: %ld\n", num2, abs_num2);
return 0;
}
6.2 atof()、atoi() 和 atol()
atof(const char *str) 函数将字符串 str 转换为浮点数，并返回结果。
atoi(const char *str) 函数将字符串 str 转换为整数，并返回结果。
atol(const char *str) 函数将字符串 str 转换为长整数，并返回结果。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
char str_float[] = "3.14";
char str_int[] = "12345";
char str_long[] = "123456789012345";
// 将字符串转换为浮点数
float float_num = atof(str_float);
printf("Float number: %f\n", float_num);
// 将字符串转换为整数
int int_num = atoi(str_int);
printf("Integer number: %d\n", int_num);
// 将字符串转换为长整数
long int long_num = atol(str_long);
printf("Long integer number: %ld\n", long_num);
return 0;
}
7. 环境控制函数
7.1 system()
system(const char *command) 函数用于在系统中执行指定的命令。它会调用操作系统的 shell 并执行给定的命令字符串。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 执行系统命令 "ls"，列出当前目录下的文件和文件夹
system("ls");
return 0;
}
7.2 getenv()
getenv(const char *name) 函数用于获取指定名称的环境变量的值，并返回该值的字符串指针。如果指定名称的环境变量不存在，则返回 NULL。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 获取环境变量 PATH 的值
char *path_value = getenv("PATH");
if (path_value != NULL) {
printf("Value of PATH: %s\n", path_value);
} else {
printf("PATH environment variable not found.\n");
}
return 0;
}
8. 排序和搜索函数
8.1 qsort()
qsort(void *base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *)) 函数用于对数组进行快速排序。其中：
base是指向要排序的数组的指针。num是数组中元素的个数。size是每个元素的大小（以字节为单位）。compar是一个指向比较函数的指针，用于指定元素之间的比较方式。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 比较函数，用于指定整数的升序排列方式
int compare(const void *a, const void *b) {
return (*(int*)a - *(int*)b);
}
int main() {
int arr[] = {5, 2, 8, 1, 9};
int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
// 对数组进行升序排序
qsort(arr, n, sizeof(int), compare);
printf("Sorted array: ");
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
8.2 bsearch()
bsearch(const void *key, const void *base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *)) 函数用于在有序数组中搜索指定的元素。其中：
key是要搜索的元素的指针。base是指向要搜索的有序数组的指针。num是数组中元素的个数。size是每个元素的大小（以字节为单位）。compar是一个指向比较函数的指针，用于指定元素之间的比较方式。
如果找到了指定的元素，则返回指向该元素的指针；否则返回 NULL。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 比较函数，用于指定整数的升序排列方式
int compare(const void *a, const void *b) {
return (*(int*)a - *(int*)b);
}
int main() {
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int key = 3;
// 在有序数组中搜索指定元素
int *result = (int*)bsearch(&key, arr, n, sizeof(int), compare);
if (result != NULL) {
printf("Element found: %d\n", *result);
} else {
printf("Element not found.\n");
}
return 0;
}
9. 文件操作函数
9.1 fopen() 和 fclose()
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode) 函数用于打开文件，并返回一个指向文件的指针。其中：
filename是要打开的文件的名称。mode是打开文件的模式，包括 “r”（只读）、”w”（写入）、”a”（追加）等。
int fclose(FILE *stream) 函数用于关闭打开的文件。
示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
char c;
// 打开文件以进行读写操作
fp = fopen("test.txt", "w+");
// 写入字符到文件
fprintf(fp, "This is testing for fprintf...\n");
fputs("This is testing for fputs...\n", fp);
// 读取并输出文件内容
rewind(fp);
while ((c = fgetc(fp)) != EOF)
printf("%c", c);
// 关闭文件
fclose(fp);
return 0;
}
9.2 fread() 和 fwrite()
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream) 函数用于从文件中读取数据，并存储到指定的内存位置。
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream) 函数用于将数据从内存写入到文件中。
示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
char buffer[100];
// 打开文件以进行读写操作
fp = fopen("test.txt", "w+");
// 写入字符串到文件
fwrite("Hello, World!", sizeof(char), 13, fp);
// 移动文件指针到文件开头
rewind(fp);
// 从文件中读取数据到缓冲区
fread(buffer, sizeof(char), 13, fp);
// 输出缓冲区内容
printf("Content of file: %s\n", buffer);
// 关闭文件
fclose(fp);
return 0;
}
10. 环境清理函数: atexit()
int atexit(void (*func)(void)) 函数用于注册一个在程序退出时自动执行的函数。可以多次调用 atexit() 函数来注册多个退出函数，它们将按照注册的顺序执行。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void cleanup() {
printf("Performing cleanup...\n");
// 在这里进行资源释放等清理操作
}
int main() {
// 注册退出函数
atexit(cleanup);
printf("Main function executing...\n");
return 0;
}
11. 程序运行时错误处理函数: perror()
void perror(const char *s) 函数用于输出上一个函数调用的错误信息。它会根据全局变量 errno 的值来确定错误类型，并输出相应的错误信息到标准错误流（stderr）。需要注意的是，perror() 函数输出的错误信息包含一个用户提供的字符串 s 和一个冒号分隔符。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
int main() {
FILE *fp;
// 尝试打开一个不存在的文件
fp = fopen("nonexistentfile.txt", "r");
if (fp == NULL) {
perror("Error opening file");
exit(EXIT_FAILURE);
}
fclose(fp);
return 0;
}
12. 字符串转换函数: strtol() 和 strtoul()
long int strtol(const char *str, char **endptr, int base) 函数将字符串 str 转换为长整数，并返回结果。参数 endptr 是一个指向字符指针的指针，用于存储转换过程中停止的位置。参数 base 指定了字符串中数字的进制，可以是 2、8、10 或 16。
unsigned long int strtoul(const char *str, char **endptr, int base) 函数与 strtol() 类似，但返回的是无符号长整数。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
char str[] = "12345";
char *endptr;
long int num;
// 将字符串转换为长整数
num = strtol(str, &endptr, 10);
printf("Converted number: %ld\n", num);
printf("Stopped at: %s\n", endptr);
return 0;
}
13. 环境变量操作函数: setenv() 和 unsetenv()
int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite) 函数用于设置环境变量的值。参数 name 是环境变量的名称，参数 value 是要设置的值，参数 overwrite 指定是否覆盖已存在的环境变量，如果设置为非零值则覆盖，否则不覆盖。
int unsetenv(const char *name) 函数用于删除指定名称的环境变量。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 设置环境变量
setenv("MY_VAR", "hello", 1);
// 获取并输出环境变量的值
char *value = getenv("MY_VAR");
printf("Value of MY_VAR: %s\n", value);
// 删除环境变量
unsetenv("MY_VAR");
// 再次尝试获取环境变量的值
value = getenv("MY_VAR");
if (value == NULL) {
printf("MY_VAR is not set.\n");
}
return 0;
}
14. 宽字符处理函数: wcstombs() 和 mbstowcs()
size_t wcstombs(char *mbstr, const wchar_t *wcstr, size_t n) 函数将宽字符字符串 wcstr 转换为多字节字符字符串，并存储在字符数组 mbstr 中。参数 n 指定了字符数组的最大长度。
size_t mbstowcs(wchar_t *wcstr, const char *mbstr, size_t n) 函数将多字节字符字符串 mbstr 转换为宽字符字符串，并存储在宽字符数组 wcstr 中。参数 n 指定了宽字符数组的最大长度。
示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <wchar.h>
int main() {
wchar_t wcstr[] = L"宽字符测试";
char mbstr[50];
// 将宽字符字符串转换为多字节字符字符串
wcstombs(mbstr, wcstr, sizeof(mbstr));
// 输出多字节字符字符串
printf("Multibyte string: %s\n", mbstr);
// 将多字节字符字符串转换为宽字符字符串
wchar_t wcstr2[50];
mbstowcs(wcstr2, mbstr, sizeof(wcstr2));
// 输出宽字符字符串
wprintf(L"Wide character string: %ls\n", wcstr2);
return 0;
}
总结
本文只介绍了stdlib库中的部分函数及其用法，读者可以查阅相关文档进一步了解更多函数的功能和用法。