你们好，我是一名嵌入式工程师。我正在持续更新《嵌入式工程师的C语言实战》系列教程，目前已更新7篇。如果你也在学习嵌入式，欢迎点个关注，我们一起从零到一。

前言

strcpy、strlen、malloc、free、rand、memset、memcpy这7个函数是C语言中字符串操作、内存管理和工具函数的核心成员。

一、strcpy —— 字符串复制

头文件

#include<string.h>

函数原型

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

功能

将源字符串src（包括结尾的\0）复制到目标字符串dest中。

参数

• dest：目标字符串的指针（必须有足够的空间容纳src）。
• src：源字符串的指针（必须以\0结尾）。

返回值

返回dest的指针（便于链式调用）。

重要警告

strcpy不检查目标缓冲区大小，如果src比dest的空间大，会导致缓冲区溢出（严重安全漏洞）。

示例

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){charsrc[]="Hello, World!";chardest[20];// 必须足够大strcpy(dest,src);printf("复制后: %s\n",dest);// 输出: Hello, World!// 链式调用charbuffer[50];strcpy(buffer,strcpy(dest,"C语言"));printf("buffer: %s\n",buffer);// 输出: C语言printf("dest: %s\n",dest);// 输出: C语言return0;}

安全替代方案

建议使用strncpy（指定最大复制长度）：

chardest[10];strncpy(dest,"Hello, World!",sizeof(dest)-1);dest[sizeof(dest)-1]='\0';// 确保结尾有 \0

二、strlen —— 获取字符串长度

头文件

#include<string.h>

函数原型

size_tstrlen(constchar*s);

功能

计算字符串的长度（不包含结尾的\0），即从起始地址到第一个\0之前的字符个数。

参数

• s：以\0结尾的字符串。

返回值

返回字符串的长度，类型为size_t（无符号整数）。

示例

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){charstr1[]="Hello";charstr2[]="中文测试";// 中文字符在 UTF-8 下占多个字节printf("'%s' 的长度: %zu\n",str1,strlen(str1));// 输出 5printf("'%s' 的长度: %zu\n",str2,strlen(str2));// 输出 12 (UTF-8)// sizeof vs strlenchararr[20]="Hello";printf("sizeof(arr) = %zu\n",sizeof(arr));// 20 (整个数组大小)printf("strlen(arr) = %zu\n",strlen(arr));// 5 (字符串长度)// 手动实现 strlen 的思路constchar*p="Test";size_tlen=0;while(*p!='\0'){len++;p++;}printf("手动计算: %zu\n",len);// 输出 4return0;}

重要提醒

• strlen返回的是字符数，不是字节数（对多字节字符集需注意）。
• 传入的字符串必须保证以\0结尾，否则结果不可预知。

三、malloc —— 动态内存分配

头文件

#include<stdlib.h>

函数原型

void*malloc(size_tsize);

功能

在**堆（heap）**上分配size个字节的连续内存空间，并返回指向该内存块的指针。

参数

• size：要分配的字节数。

返回值

• 成功时返回指向已分配内存的指针（void*，可强制转换为任意类型）。
• 失败时（内存不足）返回NULL。

重要注意事项

1. 分配的内存内容未初始化（包含垃圾值）。
2. 必须检查返回值是否为NULL。
3. 使用完后必须调用free释放，否则造成内存泄漏。
4. 分配的大小要用sizeof计算，避免硬编码。

示例

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){int*arr;intn=5;// 分配 n 个 int 类型的内存arr=(int*)malloc(n*sizeof(int));if(arr==NULL){printf("内存分配失败！\n");return1;}// 使用内存（注意：此时值未初始化）for(inti=0;i<n;i++){arr[i]=i*10;printf("%d ",arr[i]);}printf("\n");// 释放内存free(arr);arr=NULL;// 避免野指针return0;}

常见应用场景

• 在运行时才知道需要多大的数组。
• 创建链表、树等动态数据结构。
• 处理可变长度的数据（如从文件读取内容）。

四、free —— 释放动态内存

头文件

#include<stdlib.h>

函数原型

voidfree(void*ptr);

功能

释放之前由malloc、calloc或realloc分配的内存，将其归还给系统。

参数

• ptr：指向要释放的内存块的指针（必须是之前动态分配的）。

返回值

无。

重要注意事项

1. 只能释放动态分配的内存，不能释放栈上的变量。
2. 不能重复释放（double free）同一块内存，会导致未定义行为。
3. 释放后最好将指针置为NULL，避免野指针。
4. 释放NULL是安全的（不会产生错误）。

示例

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){char*buffer;// 分配 100 字节buffer=(char*)malloc(100*sizeof(char));if(buffer==NULL){printf("分配失败\n");return1;}// 使用内存sprintf(buffer,"动态分配的字符串");printf("%s\n",buffer);// 释放内存free(buffer);buffer=NULL;// 安全实践// free(NULL) 是安全的free(NULL);// 什么也不做return0;}

五、rand —— 生成随机数

头文件

#include<stdlib.h>

函数原型

intrand(void);

功能

生成一个0到RAND_MAX之间的伪随机整数。RAND_MAX通常定义为32767。

参数

无。

返回值

返回一个伪随机整数。

重要注意事项

1. 默认种子是 1，每次运行程序生成的随机数序列相同。
2. 需要用srand设置不同的种子（通常用当前时间）。
3. rand的随机质量有限，对安全性要求高的场景需用专用库。

示例

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<time.h>// 用于 time()intmain(){// 设置随机种子（使用当前时间）srand((unsignedint)time(NULL));// 生成 10 个随机数printf("10 个随机数:\n");for(inti=0;i<10;i++){printf("%d ",rand());}printf("\n");// 生成 1~100 之间的随机数printf("\n1~100 的随机数:\n");for(inti=0;i<10;i++){intnum=rand()%100+1;printf("%d ",num);}printf("\n");// 生成 0.0~1.0 之间的随机浮点数printf("\n0.0~1.0 随机浮点数:\n");for(inti=0;i<5;i++){doublef=(double)rand()/RAND_MAX;printf("%.3f ",f);}printf("\n");return0;}

生成特定范围随机数的公式

六、memset —— 设置内存块的值

头文件

#include<string.h>

函数原型

void*memset(void*s,intc,size_tn);

功能

将内存块s的前n个字节全部设置为c（按字节填充）。

参数

• s：指向要填充的内存块的指针。
• c：要填充的值（会被转换为unsigned char）。
• n：要填充的字节数。

返回值

返回s的指针。

常见用途

1. 初始化数组或结构体为 0。
2. 清空敏感数据（如密码）。
3. 重置缓冲区。

示例

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){// 1. 初始化数组为 0intarr[10];memset(arr,0,sizeof(arr));printf("arr[0] = %d\n",arr[0]);// 输出 0// 2. 初始化数组为特定值（注意：按字节填充）charbuffer[20];memset(buffer,'A',10);// 前10个字节设为 'A'buffer[10]='\0';printf("buffer: %s\n",buffer);// 输出: AAAAAAAAAA// 3. 初始化结构体typedefstruct{intid;charname[50];floatscore;}Student;Student s;memset(&s,0,sizeof(s));// 所有成员清零printf("s.id = %d, s.score = %.2f\n",s.id,s.score);// 4. 清空字符串charstr[100]="Hello, World!";printf("清空前: %s\n",str);memset(str,0,sizeof(str));printf("清空后: %s (长度: %zu)\n",str,strlen(str));// 长度 0return0;}

警告

memset按字节填充，对于int数组，memset(arr, 1, sizeof(arr))不会将每个元素设为 1，而是每个字节设为 1，结果每个int的值是0x01010101（即 16843009）。只有填充0或-1时才适用于整数数组。

七、memcpy —— 内存复制

头文件

#include<string.h>

函数原型

void*memcpy(void*dest,constvoid*src,size_tn);

功能

将内存块src的前n个字节复制到dest中。

参数

• dest：目标内存指针。
• src：源内存指针。
• n：要复制的字节数。

返回值

返回dest的指针。

重要注意事项

1. 不检查\0，直接按字节复制n个字节。
2. 源和目标不能重叠（重叠请用memmove）。
3. 目标内存必须有足够的空间。

示例

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){// 1. 复制数组intsrc_arr[]={1,2,3,4,5};intdest_arr[5];memcpy(dest_arr,src_arr,sizeof(src_arr));printf("复制后的数组: ");for(inti=0;i<5;i++){printf("%d ",dest_arr[i]);}printf("\n");// 2. 复制字符串（包括 \0）charsrc_str[]="Hello, World!";chardest_str[50];memcpy(dest_str,src_str,strlen(src_str)+1);// +1 复制 \0printf("复制后的字符串: %s\n",dest_str);// 3. 复制结构体typedefstruct{intx;inty;}Point;Point p1={10,20};Point p2;memcpy(&p2,&p1,sizeof(Point));printf("p2: (%d, %d)\n",p2.x,p2.y);// 4. strcpy 与 memcpy 的区别chartext[]="ABCDEFG";charbuf1[10],buf2[10];strcpy(buf1,text);// 复制直到遇到 \0memcpy(buf2,text,3);// 只复制前3个字节（不自动加 \0）buf2[3]='\0';// 手动添加结束符printf("strcpy: %s\n",buf1);printf("memcpy: %s\n",buf2);// 输出: ABCreturn0;}

memcpy vs strcpy

综合示例：实战应用

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<time.h>intmain(){// 1. 动态分配内存intn=10;int*numbers=(int*)malloc(n*sizeof(int));if(numbers==NULL){printf("内存分配失败\n");return1;}// 2. 初始化内存为 0memset(numbers,0,n*sizeof(int));// 3. 生成随机数填充srand((unsignedint)time(NULL));for(inti=0;i<n;i++){numbers[i]=rand()%100+1;// 1~100}// 4. 复制数组int*copy=(int*)malloc(n*sizeof(int));if(copy==NULL){printf("内存分配失败\n");free(numbers);return1;}memcpy(copy,numbers,n*sizeof(int));// 5. 输出结果printf("原始数组: ");for(inti=0;i<n;i++){printf("%d ",numbers[i]);}printf("\n");printf("复制数组: ");for(inti=0;i<n;i++){printf("%d ",copy[i]);}printf("\n");// 6. 统计数组长度（类比 strlen）charmsg[]="Dynamic memory management";printf("消息: %s\n",msg);printf("消息长度: %zu\n",strlen(msg));// 7. 释放内存free(numbers);free(copy);numbers=NULL;copy=NULL;return0;}

总结对比表

最佳实践总结

1. 字符串操作：优先使用strncpy、strnlen等带n的安全版本。
2. 动态内存：malloc后必须检查NULL，使用后必须free，释放后置NULL。
3. 随机数：程序开始时调用一次srand(time(NULL))，避免重复种子。
4. 内存操作：memset用于清零，memcpy用于复制二进制数据，注意不要重叠。
5. 内存泄漏检测：Linux 下可用valgrind工具检测。

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