C语言核心字符串与内存函数详解及模拟实现

木白

发布时间：2026-10-16| 6人浏览过

原创

深入解析C语言中核心的字符串与内存操作函数，包括strlen、strcmp、strcpy、strcat、strstr以及memcpy、memmove和memcmp。文章不仅阐述了各函数的功能特性与安全使用规范，还通过手写模拟实现代码，剖析底层字节拷贝与地址越界问题，是理解C语言底层机制的实用指南。

一、核心字符串函数

C语言标准库提供了丰富的字符串处理工具，使用它们的前提是必须理解其内部机制，尤其是以 '\0' 作为结束标志的特性。

第1步：获取长度 - strlen

size_t strlen ( const char * str ) 用于计算字符串长度。其返回值为无符号整数 size_t，统计的是从起始地址到第一个 '\0' 之前的字符数量（不包含 '\0' 本身）。

关键注意点：

传入的指针必须指向以 '\0' 结尾的有效字符串。
由于返回类型是无符号类型，计算长度时若涉及减法运算需防止下溢。

模拟实现

size_t my_strlen(const char* str)
{ 
  size_t count = 0;
  while(*str) // 遇到 '\0' 时循环停止
  {
   str++;
   count++;
  }
  return count;
}

第2步：比较大小 - strcmp

int strcmp ( const char * str1, const char * str2 ) 从左至右逐个比较两个字符串的 ASCII 码值，直到发现不相等的字符或其中一个字符串结束。

返回值规则：

str1 > str2：返回大于 0 的值。
str1 = str2：返回 0。
str1 < str2：返回小于 0 的值。

模拟实现

int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
   while (*str1 == *str2)
   {
    if (*str1 == '\0') // 两者同时到达末尾，相等
     return 0;
    *str1++;
    *str2++;
   }
   // 此时 str1 != str2，直接返回差值
   return *str1 - *str2;
}

第3步：拷贝字符串 - strcpy

char* strcpy(char * destination, const char * source) 将源字符串连同末尾的 '\0' 一起复制到目标空间，并返回目标字符串的起始地址。

安全约束：

目标空间必须足够大，足以容纳源字符串。
目标空间必须是可修改的左值（如数组，而非指针常量）。

模拟实现

char *my_strcpy(char *dest, const char*src)
{ 
 char *ret = dest;
 while((*dest++ = *src++))
 {
  ; // 利用赋值表达式的返回值进行循环判断，包含复制 '\0'
 }
 return ret;
}

第4步：追加字符串 - strcat

char * strcat ( char * destination, const char * source ) 将源字符串追加到目标字符串后面。它会先找到目标字符串末尾的 '\0'，然后开始覆盖写入源字符串内容（包含最后的 '\0'）。

约束：目标空间必须有足够的剩余空间，且必须可修改。

模拟实现

char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{ 
 // 定位到dest末尾的 '\0'
 char* start = dest;
 while (*dest) dest++;
 // 开始追加
 while ((*dest++ = *src++) != '\0') { 
   ; 
 }
 return start;
}

第5步：查找子串 - strstr

char * strstr ( const char * str2, const char * str1 ) 在 str2（母串）中查找 str1（子串）。若找到，返回子串在母串中的首地址；否则返回 NULL。

**注意**：该算法为暴力匹配，时间复杂度较高，但在日常使用中已足够应对多数场景。

模拟实现

char* my_strstr(const char* haystack, const char* needle)
{
 if (!*needle) return (char*)haystack; // 空串是任意串的子串

 const char* ret1 = haystack;
 while (*ret1)
 {
  const char* cp = ret1;
  const char* ret2 = needle;
  // 逐字符匹配
  while (*cp && *ret2 && *cp == *ret2) { 
      cp++; ret2++; 
  }
  if (!*ret2) return (char*)ret1; // 子串遍历完，匹配成功
  ret1++; // 失败则母串后移一位重试
 }
 return NULL;
}

二、内存操作函数

当需要处理非字符串的二进制数据或对象时，内存函数比字符串函数更通用。

第6步：内存复制 - memcpy

void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num ) 负责从源内存地址复制 num 个字节到目标内存地址。它基于字节进行拷贝，不关心数据类型。

模拟实现：

void * my_memcpy(void * dst, const void * src, size_t count)
{
  void * ret = dst;
  char * d = (char *)dst;
  const char * s = (const char *)src;
  while (count--) {
    *d++ = *s++; // 按字节移动
  }
  return(ret);
}

第7步：安全内存复制 - memmove

memmove 同样复制 num 个字节，但设计初衷是为了处理源和目标内存区域重叠的情况。

为什么需要 memmove？
当使用 memcpy 对重叠区域（如数组向前或向后搬移）进行操作时，如果拷贝方向不当，可能会破坏尚未被拷贝的原始数据。

例如：将数组前面的部分搬到后面 memcpy(arr+2, arr, 16)：
[1,2,3,4,5,6...] → 前两个字节被改写为 [1,2,1,2,3,4...]，导致原本位于位置3,4的数据丢失。

对于这种情况，C语言提供了一个更安全的替代者 memmove。

memmove 的实现策略：根据源地址和目标地址的相对关系决定拷贝方向。

若 dest < src：从前向后拷贝。
若 dest >= src：从后向前拷贝（避免覆盖未读数据）。

模拟实现

void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
 char* ret = (char*)dest;
 if ((char*)dest <= (const char*)src) {
  // 正常顺序拷贝（从前向后）
  while (num--)
  {
   *(char*)dest++ = *(char*)src++;
  }
 }
 else {
  // 逆序拷贝（从后向前），防止高地址数据被低地址覆盖
  char* d = (char*)dest + num - 1;
  const char* s = (const char*)src + num - 1;
  while(num--)
  {
   *d-- = *s--;
  }
 }
 return ret;
}