标准库（Standard Library）是C语言重要的一部分，不过学习C语言这么长时间，都没有细致的了解过标准库到底中包含哪些内容，这几天打算来仔细看看这部分内容。
C语言标准库有各种不同的实现，比如最著名的glibc， 用于嵌入式Linux的uClibc，还有ARM公司的自己的C语言标准库及精简版的MicroLib等。不同标准库的实现并不相同，而且提供的函数也不完全相同，不过有一个它们都支持的最小子集，这也就是最典型的C语言标准库。
这个C语言标准库中一共包含15个头文件，粗略的按常用程度排序列举如下：
| Header File | Content |
|---|---|
**<stdio.h> ** |
输入和输出 |
<stdlib.h> |
最常用的一些系统函数 |
<string.h> |
字符串处理 |
<math.h> |
数学函数 |
<ctype.h> |
字符类测试 |
<time.h> |
时间和日期 |
**<stdarg.h> ** |
可变参数列表 |
<signal.h> |
信号 |
<assert.h> |
断言 |
<setjmp.h> |
非局部跳转 |
<errno.h> |
定义错误代码 |
<stddef.h> |
一些常数、类型和变量 |
<locale.h> |
本土化 |
<float.h> |
浮点数运算 |
<limits.h> |
定义整数数据类型的取值范围 |
在这里不准备列举所有库函数的详细用法，如需查询具体的库函数用法，可以参考以下几个链接：
Standard C 语言标准函数库速查 (Cheat Sheet)
C标准库参考手册
C Standard Library Reference Tutorial
本文总结的是不完整的C标准库，仅列举一些常用且最重要的部分。
关于C标准库本身的实现分析，可参考我的学习笔记：
C标准库学习笔记(1)——time、ctype、stdarg、assert
stdio.h
输入和输出。
在其中定义了以下一些常用的类型及常量：
| Name | Comment |
|---|---|
FILE |
文件指针 |
EOF |
End Of File，表示文件的结尾 |
stderr |
标准错误流 |
stdin |
标准输入流 |
stdout |
标准输出流 |
其中stderr、stdin、stdout为宏定义，是指向FILE类型的指针。
<stdio.h>中的函数有很多，大致可分为对标准输入输出流的操作、对文件流的操作、对标准错误流的操作、对字符串的操作这几大类。
标准输入输出流
其实从stdin与stdout的定义中也可以看到，标准输入输出流也就是文件，只是一般情况下已经默认定义为键盘和屏幕。这与Linux中一切皆文件的思想一脉相承。
常用的函数有以下这些：
| Name | Comment |
|---|---|
int printf(const char * format, ...) |
格式化输出数据至stdout |
int scanf(const char * format, ...) |
由stdin读取格式化输入数据 |
int putchar(int c) |
向stdout输出一个字符 |
int getchar(void) |
由stdin读入一个字符 |
int puts(const char * s) |
向stdout输出一串字符串 |
char * gets(char * s) |
由stdin读入一串字符串 |
另外，vprintf()函数主要用于需要自己实现一些类似printf()的函数时使用，关于这个函数的用处可参考StackOverflow上的讨论，用于文件流的vfprintf()与用于字符串的vsprintf()的用处也是相似的。
文件流
对文件的操作是<stdio.h>中的核心，其他函数均可视为对特定文件的操作，大部分函数均以f****()命名。
最重要的函数是以下这几个：
| Name | Comment |
|---|---|
FILE * fopen(const char * filename, const char * mode) |
打开文件，失败返回NULL |
int fclose(FILE * stream) |
关闭文件，成功返回0，失败返回EOF |
size_t fread(void * ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE * stream) |
读取文件内容 |
size_t fwrite(cosnt void * ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE * stream) |
写入文件内容 |
只使用这4个函数就可以完成基本的文件读写操作了，其它函数可以视为是为了更方便的进行文件读写而引入的。在Linux中，文件不仅仅是指磁盘上的一个file，也有可能是一个设备等，不过都可以以统一的方式进行读写。常用的打开模式有r(读)、w(写)、a(附加)、b(二进制)等。
与标准输入输出流的操作相同，对文件的操作也有以下这些函数：
| Name | Comment |
|---|---|
int fprintf(FILE * stream, const char * format, ...) |
格式化输出数据至文件 |
int fscanf(FILE * stream, cosnt char * format, ...) |
由文件读取格式化输入数据 |
int putc(int c, FILE * stream) |
向文件输出一个字符 |
int getc(FILE * stream) |
由文件读入一个字符 |
int fputc(int c, FILE * stream) |
向文件输出一个字符 |
int fgetc(FILE * stream) |
由文件读入一个字符 |
int fputs(const char * s, FILE * stream) |
向文件输出一串字符串（或比特流） |
char * fgets(char * s, int n, FILE * stream) |
由文件读入一串字符串（或比特流） |
其中putc()与fputc()、getc()与fgetc()的区别在于前者可能是使用宏定义实现的，而后者一定是函数，具体分析可以参考这篇文章。
用于对文件进行修改（如删除文件等）的函数有以下这些：
| Name | Comment |
|---|---|
int remove(const char * filename) |
删除文件，成功返回0 |
int rename(const char * old, const char * new) |
更改文件名称或位置，成功返回0 |
FILE * tmpfile(void) |
以wb+形式创建一个临时二进制文件 |
其中tmpfile()创建的临时文件在调用fclose()关闭时会被自动删除。
对文件流的定位通常使用以下这些函数：
| Name | Comment |
|---|---|
int fseek(FILE * stream, long int offset, int fromwhere) |
移动文件流的读写位置，错误返回非0 |
long int ftell(FILE * stream) |
取得文件流的读取位置 |
void rewind(FILE * stream) |
重设读取目录的位置为开头位置 |
int feof(FILE * stream) |
检测文件结束符 |
whence可设置为SEEK_SET、SEEK_END或SEEK_CUR。
使用这两个函数处理读写文件流操作中的错误：
| Name | Comment |
|---|---|
int ferror(FILE * stream) |
检查流是否有错误 |
void clearerr(FILE * stream) |
复位错误标志 |
与缓冲(Buffer)机制有关的函数常用的有以下这两个：
| Name | Comment |
|---|---|
void setbuf(FILE * stream, char * buf) |
把缓冲区与流相联 |
int fflush(FILE * stream) |
更新缓冲区，成功返回0，错误返回EOF |
其他流操作
对stderr的操作通过以下函数完成：
| Name | Comment |
|---|---|
void perror(const char * s) |
打印出错误原因信息字符串 |
此函数将上一个函数发生错误的原因输出到stderr，此错误原因依照全局变量errno的值来决定要输出的字符串，errno在<errno.h>中声明。
对字符串也提供了格式化输入输出函数：
| Name | Comment |
|---|---|
int sprintf(char * s, const char * format, ...) |
格式化字符串复制 |
int sscanf(const char * s, const char * format, ...) |
格式化字符串输入 |
stdlib.h
最常用的一些系统函数。
在其中定义了以下一些常用的类型及常量：
| Name | Comment |
|---|---|
size_t |
sizeof运算符产生的数据类型，一般是一个无符号整数 |
wchar_t |
一个宽字符的大小 |
NULL |
空 |
RANDMAX |
rand()的最大返回值 |
下面分类整理一下其中的重要函数。
内存管理函数
最常用的是以下两个函数：
| Name | Comment |
|---|---|
void * malloc(size_t size) |
从堆上动态分配内存空间 |
void free(void * ptr) |
释放之前分配的内存空间 |
还有一些常用的内存控制函数位于<string.h>中。
数学函数
常用函数有：
| Name | Comment |
|---|---|
int abs(int j) |
int类型数据绝对值 |
long labs(long j) |
long类型数据绝对值 |
int rand(void) |
产生一个随机数 |
void srand(unsigned int seed) |
初始化随机数种子 |
关于rand()与srand()的用法，之前写的这篇文章中进行了总结。
字符串转换函数
常用的有以下这3个函数：
| Name | Comment |
|---|---|
int atoi(const char * nptr) |
将字符串转换为整数（int） |
long atol(const char * nptr) |
将字符串转换为长整数（long） |
double atof(const char * nptr) |
将字符串转换为浮点型数（double） |
环境函数
常用的函数有：
| Name | Comment |
|---|---|
int system(const char * string) |
执行Shell（或命令行）命令 |
char * getenv(const char * name) |
获取环境变量中的内容 |
int exit(int stauts) |
结束进程 |
搜索和排序函数
| Name | Comment |
|---|---|
void qsort(void * base, size_t nmemb, size_t size, int (* compar)(const void *, const void *)) |
快速排序算法 |
void * bsearch(const void * key, const void * base, size_t nmemb, size_t size, int (* compar)(const void *, const void *)) |
在数组进行二分法查找某一元素，要求数组预先已排好序 |
在<stdlib.h>中还有一些用于进行多字节字符处理的函数，此处没有列出。
string.h
<string.h>中除了字符串处理函数，还有一些内存管理函数：
| Name | Comment |
|---|---|
void * memset(void * dest, int c, size_t n) |
将一段内存空间填上某值 |
void * memcpy(void * dest, const void * src, size_t n) |
复制一段内存内容 |
int memcmp(const void * s1, const void * s2, size_t n) |
比较两段内存内容 |
void * memchr(const void * s, int c, size_t n) |
在某一段内存范围中查找特定字节 |
常用的字符串操作函数有：
| Name | Comment |
|---|---|
char * strcat(char * deat, const char * src) |
连接两个字符串 |
char * strcpy(char * dest, const char * src) |
复制字符串 |
int strcmp(const char * s1, const char * s2) |
比较两个字符串 |
size_t strlen(const char * s) |
获取一个字符串的长度 |
char * strtok(char * s1, const char * s2) |
分割字符串 |
以下这些函数用于进行字符串查找：
| Name | Comment |
|---|---|
char * strchr(const char * s, int c) |
正向查找一个字符 |
char * strrchr(const char * s, int c) |
反向查找一个字符 |
char * strstr(const char * s1, const char * s2) |
查找一个字符串 |
char * strpbrk(const char * s1, const char * s2) |
查找一个字符集合 |
math.h
标准数学库，常用函数如下：
三角函数
| Name | Comment |
|---|---|
double sin(double x) |
正弦 |
double cos(double x) |
余弦 |
double tan(double x) |
正切 |
double asin(double x) |
反正弦 |
double acos(double x) |
反余弦 |
double atan(double x) |
反正切 |
double atan2(double y, double x) |
计算y/x的反正切 |
双曲三角函数
| Name | Comment |
|---|---|
double sinh(double x) |
双曲正弦 |
double cosh(double x) |
双曲余弦 |
double tanh(double x) |
双曲正切 |
指数与对数
| Name | Comment |
|---|---|
double exp(double x) |
e的n次幂 |
double pow(double x, double y) |
x的y次幂 |
double sqrt(double x) |
开根号 |
double log(double x) |
e为底的对数 |
double log10(double x) |
10为底的对数 |
取整
| Name | Comment |
|---|---|
double ceil(double x) |
向上取整 |
double floor(double x) |
向下取整 |
其它
| Name | Comment |
|---|---|
double fabs(double x) |
计算绝对值 |
ctype.h
包含字符测试及大小写转换函数。
字符测试
| Name | Comment |
|---|---|
isalpha(c) |
是否为字母 |
isupper(c) |
是否为大写字母 |
islower(c) |
是否为小写字母 |
isdigit(c) |
是否为数字 |
isxdigit(c) |
是否为16进制数字（数字 & A |
isalnum(c) |
是否为字母及数字 |
ispunct(c) |
是否为标点符号 |
isspace(c) |
是否为空白字符（空格、\r(CR)、\n(LF)、\t(TAB)、\v(VT)、\f(FF)） |
iscntrl(c) |
是否为控制字符（ASCII 0 ~ 37(0x1F) & 177(0x7F)） |
isgraph(c) |
是否为可显示字符（字母 & 数字 & 标点） |
isprint(c) |
是否为可打印字符（字母 & 数字 & 标点 & 空白） |
大小写转换
| Name | Comment |
|---|---|
tolower(c) |
转换为小写 |
toupper(c) |
转换为大写 |
time.h
日期及时间操作。定义了time_t、clock_t及tm这几种类型，常用函数有：
获取时间及相关计算
| Name | Comment |
|---|---|
time_t time(time_t * timer) |
获取UNIX时间戳，一般传入NULL |
clock_t clock(void) |
获取CPU时钟计数 |
double difftime(time_t time1, time_t time0) |
计算时间差，time1 - time0 |
struct tm * gmtime(const time_t * timer) |
GMT时间 |
struct tm * localtime(const time_t * timer) |
地方时时间 |
time_t mktime(struct tm * timeptr) |
地方时时间 |
转换为可阅读的字符串
| Name | Comment |
|---|---|
char * ctime(const time_t * timer) |
返回标准时间字符串，地方时时间，等价于asctime(localtime()) |
char * asctime(const struct tm * timeptr) |
返回标准时间字符串 |
size_t strftime(char *s, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *) |
返回自定义格式时间字符串 |
stdarg.h
用于支持可变参数，定义了va_list这个结构体，通过以下三个宏进行操作：
| Name | Comment |
|---|---|
void va_start(va_list ap, parmN) |
初始化va_list |
type va_arg(va_list ap, type) |
从va_list中获取一个type类型的参数 |
void va_end(va_list ap) |
释放va_list |
signal.h
定义了信号(Signal)处理的相关宏及函数，这与Linux中的信号机制密切相关，包含下面两个函数：
| Name | Comment |
|---|---|
signal() |
设置处理特定Signal的Handler |
raise(int sig) |
产生一个Signal |
signal()函数原型如下：void (* signal(int sig, void (* handler)(int)))(int);
assert.h
此头文件的唯一目的是提供assert(int x)这个宏，如果断言非真，程序会在标准错误流输出错误信息，并调用abort()函数使程序异常终止。
setjmp.h
非局部跳转，用于从一个深层次嵌套中直接返回至最外层，通过这两个宏完成：
| Name | Comment |
|---|---|
int setjmp(jmp_buf env) |
设置跳转点 |
void longjmp(jmp_buf env, int val) |
进行跳转 |
errno.h
声明了一个外部整形变量errno用于表示错误，可用perror(const char * s)输出错误原因，其中s是错误提示前缀。
标准使用方法是：在一个库函数调用之前把它设为0，然后在下一个库函数调用前测试它，任何非零值均表示错误。示例代码：
1 |
|
stddef.h
定义了一些标准定义，如size_t、wchar_t、NULL等，这些定义也会出现在其他的头文件里。还定义了以下这个宏：
| Name | Comment |
|---|---|
offsetof(type, member) |
返回结构体中某一成员相对于结构体起始地址的偏移量 |
locale.h
国家、文化和语言规则集称为区域设置，主要影响字符串格式，通过以下函数进行设置：
| Name | Comment |
|---|---|
setlocale() |
设置或恢复本地化信息 |
float.h
用宏定义的方式定义了浮点数的最大值、最小值等信息。
limits.h
定义了基本数据类型（int、char、short等）的最大值及最小值。常用宏定义有：
| Name | Comment |
|---|---|
CHAR_BIT |
一个字节的比特数 |
SCHAR_MIN |
带符号字符最小值 |
SCHAR_MAX |
带符号字符最大值 |
UCHAR_MAX |
无符号字符最大值 |
CHAR_MIN |
char的最小值 |
CHAR_MAX |
char的最大值 |
SHRT_MIN |
带符号短整型最小值 |
SHRT_MAX |
带符号短整型最大值 |
USHRT_MAX |
无符号短整型最大值 |
INT_MIN |
带符号整形最小值 |
INT_MAX |
带符号整形最大值 |
UINT_MAX |
无符号整形最大值 |
LONG_MIN |
带符号长整形最小值 |
LONG_MAX |
带符号长整形最大值 |
ULONG_MAX |
无符号长整形最大值 |