关于 C 标准库

C标准库是C语言的标准组成部分，提供了一系列预定义的函数、宏和类型定义。本文基于最新的C23标准进行介绍。

概述

C标准库包含了以下主要组件：

标准输入输出
字符串处理
数学运算
内存管理
时间和日期处理
错误处理
类型转换
算法和数据结构等功能
泛型数学运算
多线程支持

头文件

`<stdio.h>`

提供输入输出功能，包括：

文件操作（如 fopen(), fclose(), fread(), fwrite()）
格式化输入输出（如 printf(), scanf(), fprintf(), fscanf()）
字符和字符串的输入输出（如 getchar(), putchar(), gets(), puts()）
缓冲区控制（如 fflush(), setvbuf()）
文件定位（如 fseek(), ftell(), rewind()）

等。

`<stdlib.h>`

提供通用工具函数，包括：

动态内存分配（如 malloc(), calloc(), realloc(), free()）
随机数生成（如 rand(), srand()）
整数算术（如 abs(), div(), labs()）
搜索和排序（如 qsort(), bsearch()）
环境交互（如 system(), getenv(), exit()）
字符串转换（如 atoi(), atof(), strtol()）

等。

`<string.h>`

提供字符串操作函数，用于：

字符串复制和连接（如 strcpy(), strncpy(), strcat(), strncat()）
字符串比较（如 strcmp(), strncmp(), strcoll()）
字符串搜索（如 strchr(), strstr(), strspn(), strpbrk()）
内存操作（如 memcpy(), memmove(), memset(), memcmp()）
字符串长度计算（如 strlen(), strnlen_s()）

等。

`<math.h>`

提供数学函数，包括：

三角函数（如 sin(), cos(), tan(), asin()）
双曲函数（如 sinh(), cosh(), tanh()）
指数和对数（如 exp(), log(), log10()）
幂运算（如 pow(), sqrt()）
取整函数（如 ceil(), floor(), round()）
绝对值和余数（如 fabs(), fmod()）

等。

`<time.h>`

提供时间和日期功能：

时间测量（如 time(), clock(), difftime()）
时间转换（如 localtime(), gmtime(), mktime()）
格式化时间显示（如 strftime(), asctime(), ctime()）
日期计算和时间操作
时区处理

`<stdint.h>`

提供固定宽度整数类型和相关宏：

精确宽度整数类型（如 int8_t, int16_t, int32_t, int64_t）
最小宽度类型（如 int_least8_t, int_least16_t）
最快最小宽度类型（如 int_fast8_t, int_fast16_t）
指针整数类型（如 intptr_t, uintptr_t）
最大宽度整数类型（如 intmax_t, uintmax_t）
整数常量宏（如 INT8_MIN, INT8_MAX, UINT8_MAX）

等。

`<ctype.h>`

提供字符分类和转换函数：

字符分类（如 isalpha(), isdigit(), isspace(), ispunct()）
字符转换（如 toupper(), tolower()）
区域设置相关的字符处理

等。

`<assert.h>`

提供断言功能：

运行时断言检查（assert() 宏）
编译时静态断言（static_assert）
调试辅助功能

`<signal.h>`

提供信号处理功能：

信号处理函数注册（signal()）
信号发送（raise()）
异常处理支持

`<locale.h>`

提供本地化支持：

区域设置控制（setlocale()）
本地化数据访问（localeconv()）
多语言支持

`<threads.h>`

提供多线程支持（C11 起）：

线程管理：
- thrd_create() - 创建新线程
- thrd_join() - 等待线程结束
- thrd_detach() - 分离线程
- thrd_current() - 获取当前线程
- thrd_exit() - 终止当前线程
互斥量：
- mtx_init() - 初始化互斥量
- mtx_lock() - 加锁
- mtx_unlock() - 解锁
- mtx_destroy() - 销毁互斥量
条件变量：
- cnd_init() - 初始化条件变量
- cnd_signal() - 唤醒一个等待线程
- cnd_broadcast() - 唤醒所有等待线程
- cnd_wait() - 等待条件变量
- cnd_destroy() - 销毁条件变量
线程局部存储：
- tss_create() - 创建线程特定存储
- tss_get() - 获取线程特定值
- tss_set() - 设置线程特定值
- tss_delete() - 删除线程特定存储

`<stdatomic.h>`

提供原子操作支持（C11 起）：

原子类型定义（如 atomic_int, atomic_ptr）
原子操作函数（如 atomic_store(), atomic_load(), atomic_exchange(), atomic_compare_exchange()）

`<complex.h>`

提供复数运算支持：

复数类型定义（complex）
复数运算函数
复数三角函数
复数指数和对数函数

`<tgmath.h>`

提供泛型数学函数支持：

自动类型识别的数学函数
支持实数和复数运算
包含 <math.h> 和 <complex.h> 的泛型版本
通过宏实现类型通用的数学运算

C23 新特性

C23 标准引入了一些新的库功能：

<stdbit.h> - 位操作函数
<stdckdint.h> - 整数运算检查宏
对 Unicode 支持的增强
内存管理的改进

注意

在使用标准库函数前，确保包含相应的头文件
注意函数的返回值和错误处理，了解函数的使用限制，避免发生错误或未定义行为
优先使用标准库函数而不是自己实现的函数