【C】 06 - 標準庫概述

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　　任何程式都會有一些通用的功能需求，對這些需求的實現組成了庫。它可以提高程式的複用性、健壯性和可移植性，這也是模組化設計的體現。C規範定義了一些通用介面庫，這裡只作概述性介紹，具體細節當然還是要查閱規範。

　　為了提高效率，C的很多庫函數會同時有一個宏定義的版本，所以傳遞參數時盡量使用沒有副作用的運算式，以免發生錯誤。若不想使用宏版本的函數，可以採用三個方法：（1）先undef宏；（2）函數名用括弧括起來；（3）不include標頭檔。

// method 1#include <stdlib.h>#undef atoiatoi("123");// method 2#include <stdlib.h>(atoi)("123");// method 3extern int atoi(const char*);atoi("123");

　　輸入輸出庫<stdio.h>包含對檔案的操作、對流的控制、輸入輸出。C的所有讀寫對象被稱為流，它的所有資訊包含在結構體FILE裡，包含buffer、位置資訊等。系統有3個全域指標變數（stdin、stdout、stderr）指向預定義的流，分別是scanf、printf、assert的預設流。庫中對檔案的操作包括刪除、重新命名、開啟、關閉、buffer設定等。對流的控制包括重新整理、位置擷取和設定、錯誤處理等。輸入輸出包括直接輸入輸出、字元和字串的輸入輸出、格式化輸入輸出等，相對應的寬字元輸入輸出在<wchar.h>中定義。標準庫對buffer邊界的檢查不是很嚴格，如需更安全的介面，請查看ISO/IEC TR 24731。以printf為例，格式化輸出提供了度量類型的可控格式輸出。scanf的格式比printf簡單，不作介紹，僅需注意其中空白僅起分割作用。每個格式的形式為%[flags][width][.precision][length]type，方括弧為可選，具體意義如下表所示。參數傳遞時會先做整型提升、float轉為double、指標轉為void*，length和type共同決定最終輸出的類型，而不是未經處理資料的類型。

flag	-	靠左對齊, 預設靠右對齊
	+	顯示符號, 預設僅顯示負號
	空格	不顯示符號的正數符號位用空格
	#	8/16進位顯示首碼, 浮點數總顯示小數點
	0	整數和浮點前置0填充, 若靠左對齊或整數有精度則不填充
width	正整數, *	顯示的最小寬度, *表示最小寬度由參數決定
precision	正整數, 空	整數的最少數字, g/G的最多有效位, 其它浮點數的小數位元, 為空白表示0
length	hh, h, l, ll, j, z, t	整數分別為char/short/long/long long/intmax_t/size_t/ptrdiff_t, n為相應指標, lc為wint_t, ls為wchar_t
	L	浮點數為long double
type	d, i, o, u, x, X	整數, d/i為有符號整數, o/u/x/X為8/10/16進位不帶正負號的整數
	f, F, e, E, g, G, a, A	浮點數, f/F為10進位浮點, e/E為10進位科學記號標記法, g/G為前兩者較短者, a/A為16進位科學記號標記法
	c, s	c為字元, s為字串
	p	指標
	n	向整型指標參數寫入已列印的字元數
	%	%

　　可變參數庫<stdarg.h>舊名<varargs.h>，提供了一些宏擷取隱式參數。函數參數的壓棧順序是基於實現的，所以編譯器也要負責可變參數的管理。參數序列的資訊的地址存放在va_list（指標）裡，它通過va_start從參數中擷取，或者用va_copy拷貝得來。va_arg從列表頭部擷取某個類型的參數，取完後從列表中刪除。va_clean徹底釋放列表資訊。

// interfaces of <stdarg.h>void va_start(va_list ap, paraN);void va_copy(va_list dst, va_list src);type va_arg(va_list ap, type);void va_end(va_list ap);// example#include <stdarg.h>#include <stdio.h>void fun(int n, ...){    va_list va, copy;    int a;    va_start(va, n);    va_copy(copy, va);    a = va_arg(va, int);    va_end(va);    va_end(copy);}

　　通用函數庫<stdlib.h>提供了非常多的常用介面，它原本也是標準庫的大本營。包含字串轉為數、隨機數產生、動態記憶體管理、系統控制和調用、排序尋找演算法、整數的絕對值和除法、寬字元和多位元組字元的轉換等。通用宏定義<stddef.h>包含一些常用宏定義，包含ptrdiff_t、size_t、wchar_t、NULL、offsetof、max_align_t等。時間庫<time.h>包含了時間和日期的擷取和格式化列印，本地化庫<local.h>可以將C配置成符合各地區習慣的書寫風格，預設在初始化時設定為setlocal(LC_ALL,"C")。

// some interfaces in <stdlib.h>int atoi(const char* nptr);double atof(const char* nptr);int rand(void);void srand(unsigned int seed);void* malloc(size_t size);void* realloc(void* ptr, size_t size);_Noreturn void abort(void);int system(const char* string);void qsort(void* base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));void* bsearch(const void* key, const void* base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));int abs(int j);div_t div(int numer, int denom);int mbtowc(wchar_t* restrict pwc, const char* restrict s, size_t n);

　　範圍庫<limits.h>定義了各類整型的取值範圍，整數類型庫<stdint.h>定義了各種長度要求的整型及其取值範圍。整數類型庫<inttypes.h>包含<stdint.h>，另外還有為各種整型在格式化輸入輸出定義了格式宏，以及這些整型的對應的通用庫（<stdlib.h>）。浮點庫<float.h>定義平台浮點表示的具體細節，包括各個域的範圍等。浮點環境庫<fenv.h>包括浮點運算環境的擷取和配置，以及當前浮點運算的狀態和異常資訊等。

// some macros in <limits.h>#define CHAR_BIT     8#define SCHAR_MIN    -128#define INT_MAX      (-2147483647 - 1)// some macros in <stdint.h>#define int32_t      int#define intmax_t     long long#define INT32_MAX    INT_MAX// some macros in <inttypes.h>#include <stdint.h>#define PRId64 "lld"intmax_t imaxabs(intmax_t j);intmax_t strtoimax(const char* restrict nptr, char** restrict endptr, int base);

　　數學函數庫<math.h>定義了各種浮點數的數學函數，複數函數庫<complex.h>定義了複數相關的宏以及複數的數學函數，<tgmath.h>包含了前兩者，並為相同的函數使用了統一的宏（名稱和中<math.h>一樣）。

　　字元類型庫<ctype.h>和寬字元類型庫<wctype.h>提供了介面判斷字元的類型，還可以進行大小寫轉換。字串庫<string.h>提供了對字串（記憶體段）的操作，包括複製、串連、尋找等。寬字元庫<wchar.h>包含各種函數的寬字元版本，包括格式化輸入輸出、字串操作、時間顯示、寬字元與單字元的轉換等。unicode庫<uchar.h>包括對unicode的操作和轉換，符號庫<iso646.h>為iso_646中沒有的符號提供了單詞表示，比如and表示&&。

// some interfaces in <ctype.h>int isdigit(int c);int islower(int c);int toupper(int c);// some interfaces in <string.h>void* memcpy(void* restrict s1, const void* restrict s2, size_t n);char* strcpy(char* restrict s1, const char* restrict s2);char* strcat(char* restrict s1, const char* restrict s2);int memcmp(const void* s1, const void* s2, size_t n);char* strstr(const char* s1, const char* s2);

　　長跳轉庫<setjmp.h>提供了函數間直接跳轉的介面，用於快速回到舊的執行點。jmp_buf是個數群組類型，它儲存了跳轉的必要資訊。setjmp儲存當前點，longjmp跳轉到某個時間點。setjmp返回0表示是從setjmp返回的，否則是從longjmp跳轉的。訊號庫<signal.h>提供了向系統註冊訊號回呼函數和發起訊號的介面，檢查庫<assert.h>在運行或編譯時間檢查條件並報錯，錯誤號碼庫<errno.h>中定義的全域變數記錄了上一次出錯的編號。

#include <setjmp.h>jmp_buf buf;void f(void) {g();}void g(void) {longjmp(buf, 1);}int main (void){    if (0 == setjmp(buf)) f();    // from setjmp    else {}                       // from longjmp}

　　庫<stdbool.h>、<stdalign.h>和<stdnoreturn.h>為新加的關鍵字定義了全小寫宏。庫<threads.h>和<stdatomic.h>提供了線程和原子操作相關的宏和介面，相應內容在這裡已被全部忽略（沒仔細看，也沒看懂），請參考規範相應內容（包括關鍵字_Thread_local和_Atomic的使用）。

 

【全篇完】

 

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