c语言标准库头文件和函数

by:符映维 2024-12-20

《C语言标准库头文件及其函数》

1. stdio.h (Standard Input and Output)

• 1.1 int printf(const char *format, ...);   格式化输出到stdout（屏幕）。
• 1.2 int scanf(const char *format, ...);   从stdin（键盘）读取格式化输入。
• 1.3 FILE *fopen(const char *path, const char *mode);   打开文件流。
• 1.4 int fclose(FILE *stream);    关闭文件流。
• 1.5 size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);    从流读取数据。
• 1.6 size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);    向流写入数据。
• 1.7 int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);    格式化输出到指定文件流。
• 1.8 int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);    从指定文件流读取格式化输入。
• 1.9 char *fgets(char *str, int n, FILE *stream);    从流读取一行字符串。
• 1.10 int fputs(const char *str, FILE *stream);    向流写入一个字符串。

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• 1.11 FILE *tmpfile(void);    创建一个临时文件。(stdio.h的扩展功能)
• 1.12 char *tmpnam(char *s);     生成一个唯一的临时文件名。(stdio.h的扩展功能)

2. stdlib.h (Standard Library)

• 2.1 void *malloc(size_t size);    分配内存。
• 2.2 void free(void *ptr);    释放之前分配的内存。
• 2.3 void *calloc(size_t nmemb, size_t size);    分配并初始化为零的内存块。
• 2.4 void *realloc(void *ptr, size_t size);    改变已分配内存块的大小。
• 2.5 int abs(int j);    返回整数的绝对值。
• 2.6 double atof(const char *nptr);    将字符串转换成浮点数。
• 2.7 int atoi(const char *nptr);    将字符串转换成整数。
• 2.8 long atol(const char *nptr);    将字符串转换成长整数。
• 2.9 void exit(int status);    终止程序执行。
• 2.10 div_t div(int numer, int denom);    整数除法，并返回商和余数。
• 2.11 char *getenv(const char *name);    获取环境变量的值。
• 2.12 int system(const char *command);    执行系统命令。

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• 2.13 void srand(unsigned int seed);    初始化随机数生成器种子。(stdlib.h的扩展功能)
• 2.14 int rand(void);    生成伪随机数。(stdlib.h的扩展功能)
• 2.15 int mbtowc(wchar_t *pwc, const char *s, size_t n);    多字节字符转换为宽字符。(stdlib.h的扩展功能)
• 2.16 int wctomb(char *s, wchar_t wchar); ，    宽字符转换为单字节字符。(stdlib.h的扩展功能)
• 2.17 size_t mbsrtowcs(wchar_t *dst, const char **src, size_t len, mbstate_t *ps);    多字节字符串转换为宽字符字符串。(stdlib.h的扩展功能)
• 2.18 size_t wcsrtombs(char *dst, const wchar_t **src, size_t len, mbstate_t *ps); 宽   字符字符串转换为多字节字符串。(stdlib.h的扩展功能)

3. string.h (String Handling)

• 3.1 char *strcpy(char *dest, const char *src);    复制字符串。
• 3.2 char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);    复制最多n个字符的字符串。
• 3.3 char *strcat(char *dest, const char *src);    连接两个字符串。
• 3.4 char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);    连接最多n个字符的字符串。
• 3.5 size_t strlen(const char *s);    计算字符串长度。
• 3.6 int strcmp(const char *s1, const char *s2);    比较两个字符串。
• 3.7 int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n);    比较最多n个字符的字符串。
• 3.8 char *strchr(const char *s, int c);    查找首次出现的字符c。
• 3.9 char *strrchr(const char *s, int c);    查找最后一次出现的字符c。
• 3.10 void *memset(void *s, int c, size_t n);    填充n个字节的内存为特定值。
• 3.11 void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);    复制内存块。
• 3.12 void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n);    安全复制可能重叠的内存区域。

4. math.h (Mathematical Functions)

• 4.1 double sin(double x);    正弦函数。
• 4.2 double cos(double x);    余弦函数。
• 4.3 double tan(double x);    正切函数。
• 4.4 double asin(double x);    反正弦函数。
• 4.5 double acos(double x);    反余弦函数。
• 4.6 double atan(double x);    反正切函数。
• 4.7 double atan2(double y, double x);    以弧度为单位的反正切函数，考虑象限。
• 4.8 double sinh(double x);    双曲正弦函数。
• 4.9 double cosh(double x);    双曲余弦函数。
• 4.10 double tanh(double x);    双曲正切函数。
• 4.11 double exp(double x);    指数函数。
• 4.12 double log(double x);    自然对数。
• 4.13 double pow(double x, double y);    幂函数，计算x的y次方。
• 4.14 double sqrt(double x);    平方根函数。
• 4.15 double fabs(double x);    绝对值函数。
• 4.16 double ceil(double x);    向上取整。
• 4.17 double floor(double x);    向下取整。
• 4.18 double fmod(double x, double y);    浮点数取模。

5. time.h (Time and Date)

• 5.1 time_t time(time_t *tloc);    获取当前日历时间。
• 5.2 struct tm *localtime(const time_t *timer);    将日历时间转换为本地时间。
• 5.3 struct tm *gmtime(const time_t *timer);    将日历时间转换为UTC时间。
• 5.4 char *asctime(const struct tm *tm);    将时间结构转换为ASCII表示。
• 5.5 size_t strftime(char *s, size_t max, const char *format, const struct tm *tm);    格式化时间字符串。

6. stdarg.h (Variable Argument Lists)

• 6.1 void va_start(va_list ap, last_fixed_param);    初始化一个变参列表。
• 6.2 type va_arg(va_list ap, type);    获取变参列表中的下一个参数。
• 6.3 void va_end(va_list ap);    结束变参列表的使用。

7. ctype.h (Character Handling)

• 7.1 int isalnum(int c);    检查字符是否为字母或数字。
• 7.2 int isalpha(int c);    检查字符是否为字母。
• 7.3 int iscntrl(int c);    检查字符是否为控制字符。
• 7.4 int isdigit(int c);    检查字符是否为十进制数字。
• 7.5 int isgraph(int c);    检查字符是否有图形表示（非空且非空白）。
• 7.6 int islower(int c);    检查字符是否为小写字母。
• 7.7 int isprint(int c);    检查字符是否可打印（包括空格）。
• 7.8 int ispunct(int c);    检查字符是否为标点符号。
• 7.9 int isspace(int c);    检查字符是否为空白字符。
• 7.10 int isupper(int c);    检查字符是否为大写字母。
• 7.11 int isxdigit(int c);    检查字符是否为十六进制数字。
• 7.12 int tolower(int c);    将字符转换为小写。
• 7.13 int toupper(int c);    将字符转换为大写。

8. errno.h (Error Number Definitions)

• 8.1 errno    当发生错误时，系统调用或库函数会设置此变量。

9. limits.h (Integer Limits)

• 9.1 CHAR_BIT    字符类型的位数。
• 9.2 SCHAR_MIN, SCHAR_MAX    有符号字符类型的最小值和最大值。
• 9.3 UCHAR_MAX    无符号字符类型的最小值和最大值。
• 9.4 SHRT_MIN, SHRT_MAX    短整型的最小值和最大值。
• 9.5 USHRT_MAX    无符号短整型的最大值。
• 9.6 INT_MIN, INT_MAX    整型的最小值和最大值。
• 9.7 UINT_MAX    无符号整型的最大值。
• 9.8 LONG_MIN, LONG_MAX    长整型的最小值和最大值。
• 9.9 ULONG_MAX    无符号长整型的最大值。

10. float.h (Floating-Point Limits)

• 10.1 FLT_RADIX    浮点数的基数。
• 10.2 FLT_MANT_DIG, DBL_MANT_DIG, LDBL_MANT_DIG    浮点类型的有效位数。
• 10.3 FLT_EPSILON, DBL_EPSILON, LDBL_EPSILON    浮点类型可以表示的最小正数x，使得1.0 + x != 1.0。
• 10.4 FLT_MIN, DBL_MIN, LDBL_MIN    正常浮点数的最小值。
• 10.5 FLT_MAX, DBL_MAX, LDBL_MAX    浮点数的最大值。

11. locale.h (Localization)

• 11.1 struct lconv *localeconv(void);    返回当前区域设置的数值格式信息。
• 11.2 char *setlocale(int category, const char *locale);    设置或查询区域设置。

12. setjmp.h (Nonlocal Jumps)

• 12.1 int setjmp(jmp_buf env);    保存环境。
• 12.2 void longjmp(jmp_buf env, int val);    恢复由setjmp保存的环境，并返回给定值。

13. signal.h (Signal Handling)

• 13.1 void (*signal(int sig, void (*handler)(int)))(int);    设置信号处理程序。
• 13.2 int raise(int sig);    发送信号给调用进程。

14. wchar.h (Wide Character Functions)

• 14.1 wchar_t *wcschr(const wchar_t *ws, wchar_t wc);    查找宽字符串中首次出现的宽字符。
• 14.2 wchar_t *wcscpy(wchar_t *dest, const wchar_t *src);    复制宽字符串。
• 14.3 size_t wcslen(const wchar_t *ws);    计算宽字符串长度。
• 14.4 wint_t fgetwc(FILE *stream);    从流读取宽字符。
• 14.5 wint_t fputwc(wchar_t wc, FILE *stream);    向流写入宽字符。

15. wctype.h (Wide Character Classification and Mapping)

• 15.1 wint_t towlower(wint_t wc);    将宽字符转换为小写。
• 15.2 wint_t towupper(wint_t wc);    将宽字符转换为大写。
• 15.3 int iswalpha(wint_t wc);    检查宽字符是否为字母。
• 15.4 int iswdigit(wint_t wc);    检查宽字符是否为十进制数字。

16. complex.h (Complex Arithmetic)

• 16.1 double complex cacos(double complex z);    计算复数的反余弦。
• 16.2 double complex casin(double complex z);    计算复数的反正弦。
• 16.3 double complex catan(double complex z);    计算复数的反正切。
• 16.4 double complex ccos(double complex z);    计算复数的余弦。
• 16.5 double complex csin(double complex z);    计算复数的正弦。
• 16.6 double complex ctan(double complex z);    计算复数的正切。
• 16.7 double complex cexp(double complex z);    计算复数的指数。
• 16.8 double complex clog(double complex z);    计算复数的自然对数。

17. fenv.h (Floating-Point Environment)

• 17.1 int feclearexcept(int excepts);    清除指定的浮点异常状态。
• 17.2 int fegetexceptflag(fexcept_t *flagp, int excepts);    获取指定浮点异常的状态。
• 17.3 int fesetexceptflag(const fexcept_t *flagp, int excepts);    设置指定浮点异常的状态。
• 17.4 int fetestexcept(int excepts);    测试指定浮点异常是否发生。
• 17.5 int fegetround(void);    获取当前舍入方向。
• 17.6 int fesetround(int round);    设置舍入方向。

18. inttypes.h (Integer Types)

• 18.1 int8_t, int16_t, int32_t, int64_t    指定宽度的有符号整型。
• 18.2 uint8_t, uint16_t, uint32_t, uint64_t    指定宽度的无符号整型。
• 18.3 int_least8_t, int_least16_t, int_least32_t, int_least64_t    至少具有指定宽度的最小有符号整型。
• 18.4 int_fast8_t, int_fast16_t, int_fast32_t, int_fast64_t    尽可能快的指定宽度有符号整型。
• 18.5 intmax_t, uintmax_t    最大宽度的有符号和无符号整型。

19. stdatomic.h (Atomic Operations)

• 19.1 _Atomic type    声明一个原子类型的对象。
• 19.2 atomic_flag    无锁标志，通常用于实现无锁算法。
• 19.3 atomic_init 和 ATOMIC_VAR_INIT    初始化原子变量。
• 19.4 atomic_store 和 atomic_load    存储和加载原子值。
• 19.5 atomic_exchange    交换两个原子值。
• 19.6 atomic_compare_exchange_strong 和 atomic_compare_exchange_weak    比较并交换两个原子值，分别提供强和弱版本。

20. stdbool.h (Boolean Type and Values)

• 20.1 bool    布尔类型。
• 20.2 true    布尔值真。
• 20.3 false    布尔值假。

21. stdalign.h (Alignment Control)

• 21.1 alignas    指定最小对齐要求。
• 21.2 alignof    查询类型的对齐要求。

22. stdnoreturn.h (Nonreturning Functions)

• 22.1 noreturn    标记函数不会返回给调用者。

23. threads.h (Thread Management)

• 23.1 thrd_create(thrd_t *thr, thrd_start_t func, void *arg);    创建新线程。
• 23.2 thrd_join(thrd_t thr, int *res);    等待线程结束。
• 23.3 thrd_sleep(const struct timespec *duration, struct timespec *remaining);    线程休眠。
• 23.4 thrd_equal(thrd_t thr1, thrd_t thr2);    判断两个线程ID是否相等。
• 23.5 thrd_detach(thrd_t thr);    分离一个线程，使其结束时资源自动回收。
• 23.6 thrd_yield(void);    让出当前线程的时间片。

24. uchar.h (Unicode Character Handling)

• 24.1 size_t mbrtoc16(uint_least16_t *pc16, const char *s, size_t n, mbstate_t *ps);    多字节字符转换为UTF-16编码。
• 24.2 size_t c16rtomb(char *s, uint_least16_t c16, mbstate_t *ps);    UTF-16编码转换为多字节字符。
• 24.3 size_t mbrtoc32(uint_least32_t *pc32, const char *s, size_t n, mbstate_t *ps);    多字节字符转换为UTF-32编码。
• 24.4 size_t c32rtomb(char *s, uint_least32_t c32, mbstate_t *ps);    UTF-32编码转换为多字节字符。

25. iso646.h (Alternative Operators)

• 25.1 and    逻辑与（替代&&）。
• 25.2 or    逻辑或（替代||）。
• 25.3 not    逻辑非（替代!）。
• 25.4 bitand    按位与（替代&）。
• 25.5 bitor    按位或（替代|）。
  
  这个头文件提供了对ISO 646字符集的支持，它定义了一些宏来为使用非ASCII字符集的编程环境提供替代的操作符号。

26. tgmath.h (Generic Mathematical Functions)

• 26.1 泛型数学函数
  自动选择合适的浮点类型版本（如float, double, long double）进行数学运算。
  tgmah.h 头文件提供了一组泛型宏，它们可以自动根据参数类型调用对应的数学函数版本，从而简化了代码编写。

27. stddef.h (Standard Type Definitions)

• 27.1 size_t    无符号整数类型，表示对象大小。
• 27.2 ptrdiff_t    带符号整数类型，表示指针之间的差值。
• 27.3 wchar_t    宽字符类型。
• 27.4 NULL    空指针常量。
• 27.5 offsetof(type, member)    计算结构体成员相对于结构体起始位置的偏移量。

28. 以下是按C89到C18进行归类

• 28.1 C89/C90 标准

  • 28.1.1 stdio.h    标准输入输出函数。
  • 28.1.2 stdlib.h    标准库函数，如内存分配、转换函数等。
  • 28.1.3 string.h    字符串处理函数。
  • 28.1.4 math.h    数学运算函数。
  • 28.1.5 time.h    时间日期处理函数。
  • 28.1.6 stdarg.h    可变参数列表支持。
  • 28.1.7 ctype.h    字符处理函数。
  • 28.1.8 errno.h    错误码定义。
  • 28.1.9 limits.h    数据类型极限值。
  • 28.1.10 float.h    浮点数极限值。
  • 28.1.11 locale.h    区域化支持。
  • 28.1.12 setjmp.h    非本地跳转功能。
  • 28.1.13 signal.h    信号处理。

• 28.2 C95 (ISO/IEC 9899:1995) 标准

  • 28.2.1 iso646.h    提供替代操作符符号，适用于非ASCII字符集。

• 28.3 C99 标准

  • 28.3.1 complex.h    复数算术操作。
  • 28.3.2 fenv.h    浮点环境控制。
  • 28.3.3 inttypes.h    定义了具有特定宽度的整数类型。
  • 28.3.4 stdbool.h    布尔类型和值。
  • 28.3.5 stdint.h    定义了具有特定宽度的整数类型。
  • 28.3.6 tgmath.h    泛型数学宏。
  • 28.3.7 wchar.h    宽字符和宽字符串处理。
  • 28.3.8 wctype.h    宽字符分类和映射。

• 28.4 C11 标准

  • 28.4.1 stdalign.h    对齐控制工具。
  • 28.4.2 stdatomic.h    原子操作支持。
  • 28.4.3 stdnoreturn.h    标记不返回的函数。
  • 28.4.4 threads.h    线程管理函数。
  • 28.4.5 uchar.h    UTF-16 和 UTF-32 编码支持。

• 28.5 C17 (C18) 标准
  
  C17实际上是一个维护更新，主要用于修复缺陷并澄清一些规范，而没有引入新的特性或库。因此，在这个版本中并没有新增加的标准库头文件。

29. 常见的非标准库

• 29.1 conio.h    提供控制台输入输出函数，在DOS和Windows平台上常见。
• 29.2 ncurses.h    提供终端处理和文本用户界面的功能，常用于Unix/Linux平台。
• 29.3 windows.h    提供访问Windows API的接口，只适用于Windows操作系统。

30. 其他注意事项(请注意，C语言标准库是有限的，而实际开发中可能会使用大量的第三方库来满足特定需求)例如:

• 30.1 OpenGL 和 SDL    图形和游戏开发。
• 30.2 libcurl    网络通信。
• 30.3 SQLite3    嵌入式数据库操作。
• 30.4 JSON-C 或 cJSON    处理JSON数据格式。
  
  这些第三方库大大扩展了C语言的能力，使开发者能够更轻松地完成复杂任务。

31. 总结

     以上内容按照不同C标准版本对C语言标准库头文件进行了分类,每个版本都增加了新的功能和改进，以适应不断变化的编程需求和技术进步。 到目前为止，本文档已经涵盖了C语言标准库中的大部分主要头文件。 如果你正在处理特定的问题领域，例如多线程编程或需要严格控制数据类型的大小和对齐方式，那么这些库将特别有用。 了解它们可以帮助你更好地利用C语言进行开发,这些内容展示了每个库中的一些关键函数及其简要描述。 对于更详细的使用方法和参数说明，建议参考权威的C语言文档或在线资源，如ISO C标准文档、官方C语言参考资料等。