常用库函数速查

📌 关于代码：本文所有代码基于 C11 标准，使用 gcc -Wall -Wextra 编译验证。

📎 原始来源：本文为原创补充内容。

本文分类整理 C 标准库中最常用的函数，每个函数给出原型、说明和示例，方便随时查阅。

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<stdio.h> — 输入/输出

printf — 格式化输出到标准输出

int printf(const char* format, ...);

参数	说明
format	格式字符串
...	可变参数，按格式串中的占位符依次填入

返回值：成功返回打印的字符数，失败返回负数。

常见占位符：%d（int）、%f（double）、%c（char）、%s（string）、%p（指针）、%x（16进制）、%%（输出一个%）。

int age = 20;
double pi = 3.14159;
printf("年龄：%d，π约等于 %.2f\n", age, pi);
// 输出：年龄：20，π约等于 3.14

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scanf — 从标准输入格式化读取

int scanf(const char* format, ...);

⚠️ 注意：变量前面必须加 &（取地址），除了数组名和 char*。

返回值：成功读取的项数，失败返回 EOF。

int a, b;
scanf("%d %d", &a, &b);  // ⚠️ &a 和 &b 不能漏
printf("a=%d, b=%d\n", a, b);

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getchar — 读取一个字符

int getchar(void);

返回值：读取的字符（作为 unsigned char 转为 int），或 EOF。

int c = getchar();   // 从键盘读一个字符
putchar(c);          // 输出这个字符

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fopen / fclose — 打开/关闭文件

FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);
int fclose(FILE* stream);

mode 参数：

模式	含义	文件不存在时
"r"	只读	返回 NULL
"w"	只写（会清空原文件）	创建新文件
"a"	追加写入	创建新文件
"rb"	二进制只读	返回 NULL
"wb"	二进制只写	创建新文件
"ab"	二进制追加	创建新文件

FILE* fp = fopen("test.txt", "w");
if (fp == NULL)
{
    perror("fopen");  // 打印错误信息
    return 1;
}
fprintf(fp, "Hello File!\n");
fclose(fp);   // ⚠️ 用完必须 fclose，否则数据可能没写进去

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fprintf / fscanf — 文件版 printf / scanf

int fprintf(FILE* stream, const char* format, ...);
int fscanf(FILE* stream, const char* format, ...);

和 printf/scanf 用法一样，只是多了第一个 FILE* 参数指定文件。

FILE* fp = fopen("data.txt", "w");
fprintf(fp, "%d %s\n", 42, "answer");
fclose(fp);

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fread / fwrite — 二进制读写

size_t fread(void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream);
size_t fwrite(const void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream);

参数	说明
ptr	数据存放位置（读）或来源（写）
size	每个元素的字节大小
count	读写多少个元素
stream	文件指针

返回值：实际读写的元素个数（可能小于 count，比如到文件末尾了）。

// 写一个结构体数组到文件
struct Person people[3] = { {"张三", 20}, {"李四", 21}, {"王五", 22} };
FILE* fp = fopen("data.bin", "wb");
fwrite(people, sizeof(struct Person), 3, fp);
fclose(fp);

// 再读回来
struct Person buf[3];
fp = fopen("data.bin", "rb");
int n = fread(buf, sizeof(struct Person), 3, fp);
printf("读取了 %d 个人的数据\n", n);
fclose(fp);

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<stdlib.h> — 通用工具

malloc — 动态申请内存

void* malloc(size_t size);

参数	说明
size	需要申请的字节数

返回值：成功返回指向新分配内存的指针（未初始化），失败返回 NULL。

// 申请 10 个 int 的空间
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
    perror("malloc");
    return 1;
}
// 使用 p...
free(p);  // ⚠️ 用完必须 free

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free — 释放动态内存

void free(void* ptr);

参数	说明
ptr	之前由 malloc/calloc/realloc 返回的指针（或 NULL）

⚠️ 注意：

• free(NULL) 是安全的，什么也不做
• 不要 free 两次同一块内存
• 不要 free 非 malloc 分配的内存（比如栈变量）
• free 之后建议把指针置 NULL，避免野指针

int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
free(p);
p = NULL;  // ✅ 好习惯：置空防野指针

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calloc — 分配并清零

void* calloc(size_t num, size_t size);

参数	说明
num	元素个数
size	每个元素的字节数

和 malloc(num * size) 等价，但自动清零所有字节为 0。

// 申请 10 个 int，初始都是 0
int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
// 等价于：int* arr = malloc(10*sizeof(int)); memset(arr, 0, 10*sizeof(int));

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realloc — 重新调整内存大小

void* realloc(void* ptr, size_t size);

参数	说明
ptr	原来的内存指针（可以是 NULL，此时等价于 malloc）
size	新的字节大小

返回值：新地址（可能和旧地址不同！）。必须接住返回值，不要直接 ptr = realloc(ptr, ...)，万一 realloc 返回 NULL 就把旧指针丢了。

int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
// 扩容到 10 个
int* tmp = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int));
if (tmp == NULL)
{
    // 扩容失败，p 还指向原来的内存
    printf("扩容失败\n");
}
else
{
    p = tmp;  // 扩容成功，更新指针
}

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atoi — 字符串转整数

int atoi(const char* str);

printf("%d\n", atoi("123"));      // 123
printf("%d\n", atoi("  -42abc")); // -42（跳过空格，遇到非数字停止）

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exit — 终止程序

void exit(int status);

参数	说明
status	退出状态码，0 表示成功，非 0 表示异常

会自动执行 atexit 注册的清理函数，关闭所有文件。

if (something_wrong)
{
    printf("出错了，退出\n");
    exit(1);  // 等同于 return 1 在 main 中
}

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system — 执行 shell 命令

int system(const char* command);

system("cls");           // Windows 清屏
system("clear");         // Linux/Mac 清屏
system("pause");         // Windows 暂停显示 "按任意键继续..."
system("mode con cols=100 lines=30");  // 设置控制台大小

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<string.h> — 字符串和内存

strlen — 字符串长度

size_t strlen(const char* str);

⚠️ 返回值是 size_t（无符号整数），注意和有符号数比较时可能有坑。

printf("%zu\n", strlen("Hello"));  // 5（不含结尾的 \0）
printf("%zu\n", strlen(""));       // 0

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strcpy — 字符串拷贝

char* strcpy(char* dest, const char* src);

⚠️ 危险函数！ 不检查目标缓冲区大小，可能越界溢出。推荐用 strncpy。

char buf[20];
strcpy(buf, "Hello World");  // ✅ 目标足够大
strcpy(buf, "这是一个非常非常非常长的字符串");  // ❌ 溢出！

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strcmp — 字符串比较

int strcmp(const char* s1, const char* s2);

返回值	含义
< 0	s1 < s2
== 0	s1 == s2
> 0	s1 > s2

按 ASCII 码字典序比较。

if (strcmp(name, "admin") == 0)  // 注意：字符串比较用 strcmp，不能用 ==
{
    printf("欢迎管理员！\n");
}

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strcat — 字符串追加

char* strcat(char* dest, const char* src);

⚠️ 也不检查边界！ 把 src 拼接到 dest 后面，覆盖 dest 原有的 \0。

char greeting[50] = "Hello, ";
strcat(greeting, "World!");
printf("%s\n", greeting);  // Hello, World!

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memcpy — 内存拷贝

void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t n);

从 src 拷贝 n 字节到 dest。不能处理源和目标重叠的情况（比如数组内部移动），重叠时用 memmove。

int src[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int dest[5];
memcpy(dest, src, sizeof(src));
// dest 现在是 {1, 2, 3, 4, 5}

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memmove — 内存移动（可重叠）

void* memmove(void* dest, const void* src, size_t n);

功能和 memcpy 一样，但源和目标可以重叠。

char str[] = "Hello World";
memmove(str + 6, str + 5, 6);  // 把 " World" 向右移一位（重叠操作）
// str 变成 "Hello  World"

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memset — 内存填充

void* memset(void* s, int c, size_t n);

参数	说明
s	要填充的内存起始地址
c	要填充的字节值（int 但实际是 unsigned char）
n	填充多少字节

⚠️ 注意：memset 是逐字节填充！对 int 数组来说，memset(arr, 0, sizeof(arr)) 可以清零（因为 0 的所有字节都是 0），但 memset(arr, 1, sizeof(arr)) 并不能把每个 int 设成 1（而是每个字节设成 1，拼起来可能是 0x01010101）。

int arr[10];
memset(arr, 0, sizeof(arr));   // ✅ 把所有字节清零 → 每个 int 都是 0

char buf[100];
memset(buf, 'A', 99);          // ✅ 字符数组可以正常用
buf[99] = '\0';

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<ctype.h> — 字符分类和转换

isdigit — 判断是否数字

int isdigit(int c);

返回非零（真）如果是 '0' 到 '9'。

char ch = '7';
if (isdigit(ch))
    printf("%c 是数字\n", ch);

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isalpha — 判断是否字母

int isalpha(int c);

返回非零如果是 'a'-'z' 或 'A'-'Z'。

char ch = 'B';
if (isalpha(ch))
    printf("%c 是字母\n", ch);

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isxdigit — 判断是否十六进制数字

int isxdigit(int c);

包括 '0'-'9'、'a'-'f'、'A'-'F'。

isspace — 判断是否空白字符

int isspace(int c);

包括空格、\t、\n、\r、\f、\v。

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tolower — 转小写

int tolower(int c);

如果是大写字母，返回对应的小写；否则原样返回。

printf("%c\n", tolower('A'));  // a
printf("%c\n", tolower('7'));  // 7

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toupper — 转大写

int toupper(int c);

和 tolower 相反。

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<math.h> — 数学函数（补充）

使用时编译要加 -lm 链接数学库。

函数	原型	说明
sqrt	double sqrt(double x);	平方根
pow	double pow(double x, double y);	x 的 y 次方
abs	int abs(int x);	int 绝对值（在 stdlib.h）
fabs	double fabs(double x);	double 绝对值
sin	double sin(double x);	正弦（弧度）
cos	double cos(double x);	余弦

#include <math.h>

double r = 5.0;
double area = M_PI * r * r;     // M_PI 是 π（有些编译器需要定义 _USE_MATH_DEFINES）
double dist = sqrt(3*3 + 4*4);  // 5.0

// 编译：gcc math_demo.c -o math_demo -lm

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<time.h> — 时间函数（补充）

#include <time.h>
#include <stdlib.h>

// 随机数种子
srand((unsigned int)time(NULL));

// 生成 1-100 的随机数
int num = rand() % 100 + 1;

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速查表：常见坑

函数	坑	正确姿势
scanf	忘记加 &	scanf("%d", &a);
strcpy	溢出	用 strncpy 或确保目标够大
free	free 野指针 / free 两次	free 后置 NULL
memset	对 int 数组设为非 0 值失败	memset 只能安全设 0
realloc	直接接原指针，失败丢失	用临时变量接住
strcmp	用 == 比较字符串	必须用 strcmp
getchar	吃掉回车符	循环读取或用 fflush(stdin)
fread/fwrite	写完忘记 fclose	用完务必 fclose