C语言 16 系统库
前面了解了如何使用#include引入其他文件，接着来了解一下系统提供的一些常用库。
字符串
计算字符串长度：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char* c = "Hello World!";
// 使用strlen计算长度，注意返回值类型是size_t（别名而已，本质上就是unsigned long）
printf("%lu", strlen(c));
}
12
拼接字符串：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
// 现在有两个字符串，但是我们希望把他们拼接到一起
// 注意不能这样写 char* a = "Hello",*b = "World!";
// 如果直接用指针指向字符串常量，是无法进行拼接的，因为大小已经固定了
// 这里需要两个参数，第一个是目标字符串，将第二个参数的字符串拼接到第一个字符串中（注意要装得下才行）
char a[20] = "Hello", *b = "World!";
strcat(a, b);
printf("%s", a);
}
HelloWorld!
拷贝字符串：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char str[10], *c = "Hello";
// 使用cpy会直接将后面的字符串拷贝到前面的字符串数组中（同样需要前面装得下才行）
strcpy(str, c);
printf("%s", str);
}
Hello
比较字符串：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char *a = "AAA", *b = "AAB";
// strcmp会比较两个字符串，并返回结果
// 把字符串str1和str2从首字符开始逐个字符的进行比较
// 直到某个字符不相同或者其中一个字符串比较完毕才停止比较
// 字符的比较按照ASCII码的大小进行判断
// 比较完成后，会返回不匹配的两个字符的ASCII码之差
int value = strcmp(a, b);
printf("%d", value);
}
-1
数学
接着来看用于处理数学问题的相关库：
#include <math.h>
这里要用到math.h，它提供了数学计算函数，比如求算术平方根、三角函数、对数等。
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
int a = 2;
// 使用sqrt可以求出非负数的算术平方根（底层采用牛顿逼近法计算）
double d = sqrt(a);
printf("%lf", d);
}
1.414214
能够开根，也可以做乘方：
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
int a = 2;
// 使用pow可以快速计算乘方，这里求的是a的3次方
double d = pow(a, 3);
printf("%lf", d);
}
8.000000
有了这个函数，写个水仙花数更简单了：
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
int a = i % 10, b = i / 10 % 10, c = i / 10 / 10;
if (pow(a, 3) + pow(b, 3) + pow(c, 3) == i) {
printf("%d 是水仙花数！\n", i);
}
}
}
0 是水仙花数！
1 是水仙花数！
153 是水仙花数！
370 是水仙花数！
371 是水仙花数！
407 是水仙花数！
当然也可以计算三角函数：
#include <math.h>
#include <stdio.h>
int main() {
// 这里我们使用正切函数计算tan180度的值，注意要填入的是弧度值
// M_PI也是预先定义好的π的值，非常精确
printf("%f", tan(M_PI));
}
-0.000000
当然某些没有不存在的数可能算出来会得到一个比较奇怪的结果：
#include <math.h>
#include <stdio.h>
int main() {
// 这里计算tan90°，我们知道tan90° = sin90°/cos90° = 1/0 不存在
printf("%f", tan(M_PI / 2));
}
16331239353195370.000000
当然还有两个比较常用的函数：
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
double x = 3.14;
printf("不小于x的最小整数：%f\n", ceil(x));
printf("不大于x的最大整数：%f\n", floor(x));
}
不小于x的最小整数：4.000000
不大于x的最大整数：3.000000
当然也有快速求绝对值的函数：
#include <math.h>
#include <stdio.h>
int main() {
double x = -3.14;
printf("x的绝对值是：%f", fabs(x));
}
x的绝对值是：3.140000
通用
最后再来介绍一下通用工具库stdlib，这个库里面提供了大量的工具函数：
// 工具库已经提供好了快速排序的实现函数，可以直接用
// 参数有点多，第一个是待排序数组，第二个是待排序的数量（一开始就是数组长度），第三个是元素大小，第四个是排序规则（提供函数实现）
// void __cdecl qsort(void *_Base,size_t _NumOfElements,size_t _SizeOfElements,int (__cdecl *_PtFuncCompare)(const void *,const void *));
在开始使用之前还要先补充一点知识，因为qsort的原型定义，使用的是 void 类型的指针。
怎么 void 还有指针呢？void 不是空吗？
void 指针是一种特殊的指针，表示为“无类型指针”，由于 void 指针没有特定的类型，因此它可以指向任何类型的数据。也就是说，任何类型的指针都可以直接赋值给 void 指针，而无需进行其他相关的强制类型转换。
所以这里之所以需要 void 指针，其实就是为了可以填入任何类型的数组，而第三个参数实际上就是因为是 void 指针不知道具体给进来的类型是什么，所以需要告诉函数使用的类型所占大小是多少。
而最后一个参数实际上就是前面介绍的函数回调了，因为函数不知道你的比较规则是什么，是从小到大还是从大到小呢？所以需要编写一个函数来对两个待比较的元素进行大小判断。
好了，现在了解了之后，就可以开始填入参数了：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 参数为两个待比较的元素，返回值负数表示a比b小，正数表示a比b大，0表示相等
int compare(const void* a, const void* b) {
// 这里因为判断的是int所以需要先强制类型转换为int *指针
int *x = (int*)a, *y = (int*)b;
// 其实直接返回a - b就完事了，因为如果a比b大的话算出来一定是正数，反之同理
return *x - *y;
}
int main() {
int arr[] = {5, 2, 4, 0, 7, 3, 8, 1, 9, 6};
// 工具库已经提供好了快速排序的实现函数，可以直接用
// 参数有点多，第一个是待排序数组，第二个是待排序的数量（一开始就是数组长度），第三个是元素大小，第四个是排序规则（提供函数实现）
qsort(arr, 10, sizeof(int), compare);
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
printf("%d ", arr[i]);
}
}
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
这样，就可以对数组进行快速排序了。
通用库中还提供了exit函数用于终止程序：
#include <stdlib.h>
int main() {
// 直接终止程序，其中参数是传递给父进程的（但是现在只是简单程序）
exit(EXIT_SUCCESS);
}
不过乍一看，貌似和直接在 main 里面 return 没啥区别，反正都会结束。
还有两个会在后续学习数据结构中用的较多的函数：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 可以使用malloc函数来动态申请一段内存空间
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
// 申请后会返回申请到的内存空间的首地址
*p = 128;
printf("%d", *p);
}
128
malloc 用于向系统申请分配指定 size 个字节的内存空间，返回类型是 void* 类型，如果申请成功返回首地址，如果失败返回 NULL 空地址（比如系统内存不足了就可能会申请失败）
申请到一段内存空间后，这段内存空间就可以往上面随便读写数据了，实际上就是和变量一样，只不过这个内存空间是自主申请的，并不是通过创建变量得到的，但是使用上其实没啥大的区别。
不过要注意，这段内存使用完之后记得清理，就像函数执行完会自动销毁其中的局部变量一样，如果不清理那么这段内存会被一直占用：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
*p = 128;
printf("%d", *p);
// 使用free函数对内存空间进行释放，归还给系统，这样这段内存又可以被系统分配给别人用了
free(p);
// 指针也不能再指向那个地址了，因为它已经被释放了
p = NULL;
}
128
内存资源是很宝贵的（不像硬盘几个 T 随便用，我们的电脑可能 32G 的内存都算高配了），不能随便浪费，所以一般情况下 malloc 和 free 都是一一对应的，这样才能安全合理地使用内存。
环境：
- GCC 11.4.0
- VSCode 1.93.1
