蓝桥杯嵌入式外设开发记录 - C 标准库函数
本文记录了学习蓝桥杯嵌入式开发过程中的C语言标准库函数的记录
蓝桥杯嵌入式外设开发记录 - C 标准库函数
C 标准库字符串、内存与字符转换函数大全
说明：本文整合了常用的 字符串操作函数、内存操作函数、格式化输入/输出、
sscanf************ 高级用法、字符 ↔ 数字手动转换技巧，并 新增ctype.h与stdlib.h中「字符/字符串转换函数」的完整速查表，方便嵌入式或系统级 C 开发快速查阅。
1 字符串操作函数（<string.h>）
| 函数原型 | 作用 | 典型注意事项 |
|---|---|---|
char *strcpy(char *dest, const char *src) |
复制 src（含终止符 \0）到 dest |
dest 必须足够大，风险：缓冲区溢出 |
char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n) |
最多复制 n 字符 |
若 src 长度 ≥ n，不会自动补 \0 |
char *strcat(char *dest, const char *src) |
把 src 追加到 dest 尾部 |
同样需保证空间 |
char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n) |
最多追加 n 字符 |
自动补 \0 |
int strcmp(const char *s1, const char *s2) |
按字典序比较 | 返回 0 相等、>0 或 <0 |
int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n) |
前 n 字符比较 |
— |
size_t strlen(const char *s) |
求长度（不含 \0） |
— |
char *strchr(const char *s, int c) / strrchr |
查找字符首次/末次出现 | 返回指针或 NULL |
char *strstr(const char *haystack, const char *needle) |
查找子串 | — |
char *strtok(char *str, const char *delim) |
分割字符串为标记 | 会修改原串；不可重入 |
size_t strspn / strcspn |
计算前缀长 | — |
char *strpbrk |
查找集合中任意字符 | — |
char *strdup (POSIX) |
克隆字符串（内部 malloc） |
用完需 free() |
char *strerror |
错误码转描述 | — |
示例
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char buf[64] = "Hello";
strcat(buf, ", World!"); // "Hello, World!"
size_t len = strlen(buf); // 13
2 内存操作函数（<string.h>）
| 函数原型 | 作用 | 特点 |
|---|---|---|
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n) |
复制 n 字节 |
不支持重叠 |
void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n) |
复制（可重叠） | 内部判断方向 |
void *memset(void *s, int c, size_t n) |
内存置值 | 常用于初始化 |
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n) |
比较 | 返回 0 / >0 / <0 |
void *memchr(const void *s, int c, size_t n) |
在前 n 字节查找字符 |
找到返回指针 |
安全提示：大块结构体复制建议优先 memcpy；若区间可能重叠务必改用 memmove。
3 字符分类与转换函数
3.1 <ctype.h> 判断类函数（全部接收 int，实参须可转换为 unsigned char 或 EOF）
| 函数 | 为真条件 | 典型用途 |
|---|---|---|
isalnum(int c) |
字母或数字 | 解析标识符 |
isalpha(int c) |
字母 | — |
isblank(int c) |
空格或水平制表 | 格式化解析 |
iscntrl(int c) |
控制字符 (0x00~0x1F, 0x7F) |
协议帧过滤 |
isdigit(int c) |
数字 0–9 | 字符串转数字前检查 |
isgraph(int c) |
可打印且非空格 | UI 过滤 |
islower(int c) |
小写字母 | 字母统计 |
isupper(int c) |
大写字母 | — |
isprint(int c) |
可打印字符（含空格） | 日志输出防乱码 |
ispunct(int c) |
标点符号 | 语法高亮 |
isspace(int c) |
任意空白：空格、\t、\n、\r… |
CSV 解析 |
isxdigit(int c) |
十六进制数字 | 解析 HEX 字符串 |
3.2 <ctype.h> 转换类函数
| 函数 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
int tolower(int c) |
大写 → 小写；若非大写原样返回 | c = tolower(c); |
int toupper(int c) |
小写 → 大写；若非小写原样返回 | c = toupper(c); |
实现要点：不要自己写
c | 0x20等位运算，tolower/toupper会正确处理本地字符集及 EOF。
3.3 <stdlib.h> 字符串 ↔ 数值转换速查
| 函数 | 功能 | 失败返回 |
|---|---|---|
int atoi(const char *s) |
C 字符串 → int |
0（无法区分错误） |
long atol(const char *s) / long long atoll |
→ long / long long |
同上 |
double atof(const char *s) |
→ double |
0.0 |
long strtol(const char *s, char **end, int base) |
进制可选（2~36，0=自动） | LONG_MAX/MIN 并设置 errno |
unsigned long strtoul(...) / strtoull |
无符号 | ULONG_MAX |
double strtod(const char *s, char **end) |
科学计数支持 | HUGE_VAL/-HUGE_VAL |
strto*函数族通过*end指针返回未解析部分，更适合可靠解析；转换前可配合isspace/isdigit进行输入校验。
4 字符 ↔ 数字手动转换小技巧
直接位移运算速度快、无额外依赖，适合裸机或性能关键路径。
| 场景 | 快捷表达式 | 说明 |
|---|---|---|
'0'~'9' → 0~9 |
num = ch - '0'; |
'0' 的 ASCII 为 48 |
0~9 → '0'~'9' |
ch = num + '0'; |
— |
'A'~'Z' ↔ 0~25 |
ch - 'A' / num + 'A' |
大写字母编号 |
'a'~'z' ↔ 0~25 |
ch - 'a' / num + 'a' |
小写字母编号 |
| 大小写互换 | ch ^ 32 |
仅限 ASCII |
十六进制字符 → 数值
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if (ch >= '0' && ch <= '9') val = ch - '0';
else if (ch >= 'A' && ch <= 'F') val = ch - 'A' + 10;
else if (ch >= 'a' && ch <= 'f') val = ch - 'a' + 10;
5 格式化输入 / 输出函数（<stdio.h>）
| 函数 | 说明 | 关键点 |
|---|---|---|
int sprintf(char *str, const char *fmt, …) |
格式化到缓冲区 | 无长度限制，慎用 |
int snprintf(char *str, size_t size, const char *fmt, …) |
限定最大字节数 | 生产环境首选 |
int sscanf(const char *str, const char *fmt, …) |
从字符串解析 | 返回成功匹配数 |
printf / fprintf / snprintf |
— | %m（GNU）可直接打印 strerror(errno) |
常见格式说明符
| 说明符 | 典型含义 | 示例 |
|---|---|---|
%d / %i |
有符号十进制 | %d |
%u / %o / %x / %X |
无符号 10/8/16 进制 | %08X |
%f / %e / %g |
浮点输出 | %.2f |
%s / %c |
字符串 / 字符 | — |
%p |
指针地址 | — |
%n |
写入已输出字符数 | 安全审计需关注 |
%% |
输出 % |
— |
Flags：
-左对齐、+强制符号、0前导零、#补前缀（如0x）、空格保留位。
6 sscanf 高级用法精粹
- 字段宽度限制：
%4s避免溢出。 - 忽略字段：
%*s/%*d跳过不需要的数据。 - 字符集合：
%[^:]读取直到冒号；%[A-Za-z0-9]只收集匹配集合。 - 获取读取偏移：
%n把当前已解析字符数写入整型。 - 循环解析：结合
offset + bytes_read多次调用实现按分隔符拆分列表。
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char line[] = "id=123 name=Bob age=30";
int id, age; char name[16];
if (sscanf(line, "id=%d name=%15s age=%d", &id, name, &age) == 3) {
/* 解析成功 */
}
7 数组插入 / 删除示例（memmove 实战）
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void insert(int *arr, int *size, int index, int value) {
if (index < 0 || index > *size) return;
memmove(&arr[index + 1], &arr[index], (*size - index) * sizeof(int));
arr[index] = value;
++(*size);
}
void delete(int *arr, int *size, int index) {
if (index < 0 || index >= *size) return;
memmove(&arr[index], &arr[index + 1], (*size - index - 1) * sizeof(int));
--(*size);
}
8 静态二维数组的插入与删除
适用场景：在嵌入式环境或竞赛题中，往往只能用 定长 数组（如
int a[MAX_R][MAX_C];）来维护表格数据。由于容量固定，”插入/删除” 行或列只能通过整体移动元素来实现。下面给出通用思路与参考实现。
8.1 插入行
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#define MAX_R 100
#define MAX_C 50
// rows: 当前已用行数（按引用传入）
// pos : [0, rows] 之间，表示新行插入到第 pos 行之前
void insert_row(int a[][MAX_C], int *rows, const int new_row[MAX_C], int pos)
{
if (*rows >= MAX_R || pos < 0 || pos > *rows) return; // 越界保护
for (int r = *rows; r > pos; --r) {
memcpy(a[r], a[r-1], sizeof(int) * MAX_C); // 整行后移
}
memcpy(a[pos], new_row, sizeof(int) * MAX_C);
++(*rows);
}
- 复杂度：
O((rows-pos) * MAX_C) - 风险：需确保
rows < MAX_R，否则溢出。
8.2 删除行
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void delete_row(int a[][MAX_C], int *rows, int pos)
{
if (*rows == 0 || pos < 0 || pos >= *rows) return;
for (int r = pos; r < *rows - 1; ++r) {
memcpy(a[r], a[r+1], sizeof(int) * MAX_C); // 整行前移
}
--(*rows);
}
8.3 插入 / 删除列
原理与行类似，只是最内层循环换成列索引：
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void insert_col(int a[][MAX_C], int rows, int *cols, int pos, int val)
{
if (*cols >= MAX_C || pos < 0 || pos > *cols) return;
for (int r = 0; r < rows; ++r) {
for (int c = *cols; c > pos; --c) {
a[r][c] = a[r][c-1];
}
a[r][pos] = val;
}
++(*cols);
}
- 列删除同理，将
>与<方向颠倒即可。
技巧：
- 尽量 批量移动（如
memcpy）而非逐元素拷贝，可提速数倍。- 对于稀疏修改，可考虑额外维护索引数组，避免频繁搬移。
9 双向链表的创建与使用技巧
双向链表允许 O(1) 在任意已知结点前后插入/删除，常见于 进程管理、LRU 缓存、事件循环 等场景。
9.1 结点定义与初始化
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typedef struct DListNode {
int data;
struct DListNode *prev;
struct DListNode *next;
} DListNode;
static inline void dll_init(DListNode *node)
{
node->prev = node->next = node; // 哨兵——指向自己
}
哨兵 (sentinel) 设计：将头结点本身作为“环”，避免判空分支，所有操作统一。
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9.4 使用示例
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DListNode head;
DListNode n1 = {.data = 42}, n2 = {.data = 88};
dll_init(&head);
dll_init(&n1);
dll_init(&n2);
dll_add_back(&head, &n1);
dll_add_front(&head, &n2);
DListNode *iter;
dll_foreach(&head, iter) {
printf("%d
", iter->data);
}
输出顺序：88 42
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10 POSIX 正则表达式速查（<regex.h>）
说明：C 标准库本身未内置正则，但在 POSIX 系统可使用
<regex.h>提供的 BRE（Basic）与 ERE（Extended）语法。下表以常用 ERE 为例；若使用 BRE，+ ? | () {}需转义\。
| 元字符 | 含义 | 典型示例 | 备注 |
|---|---|---|---|
. |
匹配除换行外的任意单字符 | a.c ↔ abc、a c |
若需包括换行可用 (?s) 或手动 ([\s\S]) 等扩展方案 |
* |
前一原子重复 0 次或更多 | fo* ↔ f、fooo |
贪婪匹配 |
+ |
前一原子重复 1 次或更多 | fo+ ↔ fo、fooooo |
— |
? |
前一原子可无可有 | colou?r ↔ color、colour |
— |
{m,n} |
指定重复次数区间 | a{2,4} ↔ aa/aaa/aaaa |
{m} 精确；{m,} 下限 |
[] |
字符集合 / 范围 | [A-F0-9] ↔ HEX |
[^...] 表示取反 |
^ / $ |
行首 / 行尾锚点 | ^\d+$ 仅整行数字 |
多行模式下作用于每行 |
() |
捕获分组 | (\w+)=(\d+) |
分组编号从 1 开始 |
| ` | ` | 选择（或） | abc | def |
\d \w \s |
常用短写（某些实现，如 PCRE） | \d{4}-\d{2}-\d{2} |
在 POSIX ERE 不支持，需 [0-9] 等 |
[[:digit:]] 等 |
POSIX 字符类 | [[:alnum:]]+ |
与区域设置相关 |
11 sscanf 中的“伪正则”格式字符串
虽然 sscanf 不是完整正则，但它的 字符集合 (%[...]) 和 宽度限定 能完成 80% 简单解析，且无需额外依赖，在嵌入式环境尤为实用。
11.1 字符集合 %[...]
| 形式 | 匹配规则 | 示例输入 | 结果 |
|---|---|---|---|
%[A-Z] |
连续大写字母 | ABC123 |
捕获 “ABC”，解析停在 1 |
%[^,:] |
直到 遇到 , 或 : 为止 |
name:Bob |
捕获 “name”，停在 : |
%[0-9a-fA-F] |
HEX 字符串 | 7E9Fh |
捕获 “7E9F”，停在 h |
%[] |
空集合非法 | — | — |
%[^] |
第一个 ] 后闭合 |
— | — |
要点：
- 若集合首字符是
]或-，放在第一位即可被视为字面量：%[]A-Z]、%[-0-9]。- 默认贪婪，会一直吃到不符合集合的字符或字符串结束。
- 常与
%*组合忽略无用字段：%*[^,]跳过到,为止的内容。
11.2 宽度限定 & 停止符
%4[0-9]最多 4 字符数字，可避免缓冲区溢出。%[^\n]%n持续读到行尾，并用%n得到已读长度，实现“逐行”扫描。
11.3 示例：解析 key=value; 键值对列表
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const char *cfg = "id=123;name=Bob;score=98;";
size_t off = 0, len = strlen(cfg);
while (off < len) {
char key[16] = {0};
char val[16] = {0};
int n = 0;
if (sscanf(cfg + off, "%15[^=]=%15[^;];%n", key, val, &n) == 2) {
printf("%s => %s
", key, val);
off += n; // 跳到下一个块
} else {
break; // 语法错误
}
}
输出：
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id => 123
name => Bob
score => 98
11.4 与正则表达式的对比
| 场景 | sscanf 优势 |
正则优势 |
|---|---|---|
| 嵌入式 / 裸机 | 无需动态内存、无额外库 | – |
| 简单分隔符（CSV/INI） | 格式直观，可逐字段解析 | – |
| 复杂变长语法 | – | 支持回溯、非贪婪、断言、反向引用等 |
总结：若能用
%[]+ 宽度解决，就先用sscanf；遇到复杂嵌套再考虑正则库。
12printf的重定向
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int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
return ch;
}
本文由作者按照
CC BY 4.0
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