ADD:
    linux/command.md -> iperf3
FIX:
    program/c_cpp/universal/libs.md -> errno
DEL:
    program/c_cpp/libs/log/
    program/c_cpp/libs/dbtools.h

2025-06-02 09:06:01 +08:00

24 KiB

Raw Blame History

LIBRARY

index

C
CPP
- STL
POSIX
OTHER
SELF
- offsetof : 计算结构体成员相对结构体首地址的偏移度
- string hash
- thread pool : 简易线程池
- BIT : 有关位运算的函数封装

stdlib

动态内存管理

看这里哦

程序终止与控制

void exit(int status)
- 正常终止程序并调用atexit里注册的函数
- 参数(返回码)设置为(EXIT_SUCCESS或EXIT_FAILURE)
void abort(void)
- 异常终止程序,不执行清理操作,直接终止进程(触发 SIGABRT 信号)
int atexit(void (*func)(void))
- 注册程序终止时执行的函数(按注册的逆序调用)

系统交互

int system(const char* command)
- 执行操作系统命令
- 返回命令执行的状态码
char* getenv(const char* name)
- 获取环境变量值
- 返回的字符串不可修改

随机数生成

int rand(void)
- 生成伪随机数
- 范围 0 到 RAND_MAX
void srand(unsigned int seed)
- 设置随机数种子,通常用 time(NULL) 初始化

搜索与排序

void qsort(void* base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
- 快速排序数组
void* bsearch(const void* key, const void* base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
- 在已排序数组中二分查找元素
- 找到返回元素地址,否则返回 NULL

数值转换

atoi,atof,atol
- 将字符串转换为整数、浮点数、长整数
- 无法检测错误
strtol,strtod
- 更安全的字符串转换,可检测错误和进制
abs,labs,llabs
- 返回整数/长整数/长长整数的绝对值

math

1. 基本数学运算

(1) 绝对值函数

函数	描述	示例
`int abs(int x)`	整数绝对值(在 `<stdlib.h>`)	`abs(-5) = 5`
`double fabs(double x)`	浮点数绝对值	`fabs(-3.14) = 3.14`
`long labs(long x)`	长整数绝对值	`labs(-100L) = 100`

(2) 幂与开方

函数	描述	示例
`double pow(double x, double y)`	计算 `x^y`	`pow(2, 3) = 8.0`
`double sqrt(double x)`	平方根 `\sqrt{x}`	`sqrt(16) = 4.0`
`double cbrt(double x)` (C99)	立方根 `\sqrt[3]{x}`	`cbrt(27) = 3.0`
`double hypot(double x, double y)`	计算 ( \sqrt{x^2 + y^2} )(直角三角形的斜边)	`hypot(3, 4) = 5.0`

(3) 取整与余数

函数	描述	示例
`double ceil(double x)`	向上取整	`ceil(3.2) = 4.0`
`double floor(double x)`	向下取整	`floor(3.9) = 3.0`
`double round(double x)` (C99)	四舍五入	`round(3.5) = 4.0`
`double trunc(double x)` (C99)	截断小数部分	`trunc(3.9) = 3.0`
`double fmod(double x, double y)`	浮点数取余	`fmod(5.5, 2) = 1.5`
`double remainder(double x, double y)` (C99)	IEEE 754 标准余数	`remainder(10, 3) = 1.0`

2. 三角函数(角度单位：弧度)

函数	描述	示例
`double sin(double x)`	正弦函数	`sin(M_PI/2) ≈ 1.0`
`double cos(double x)`	余弦函数	`cos(0) = 1.0`
`double tan(double x)`	正切函数	`tan(M_PI/4) ≈ 1.0`
`double asin(double x)`	反正弦(结果在 `[-π/2, π/2]`)	`asin(1) ≈ 1.5708`
`double acos(double x)`	反余弦(结果在 `[0, π]`)	`acos(0) ≈ 1.5708`
`double atan(double x)`	反正切(结果在 `[-π/2, π/2]`)	`atan(1) ≈ 0.7854`
`double atan2(double y, double x)`	计算 ( \arctan(y/x) )(考虑象限)	`atan2(1, 1) ≈ 0.7854`

注意：

使用三角函数时,通常需要先转换角度为弧度：

double degrees = 45.0;
double radians = degrees * (M_PI / 180.0);
printf("sin(45°) = %f\n", sin(radians));

M_PI 不是标准 C 定义的常量,但大多数编译器支持(需 #define _USE_MATH_DEFINES).

3. 指数与对数函数

函数	描述	示例
`double exp(double x)`	自然指数 `e^x`	`exp(1) ≈ 2.71828`
`double exp2(double x)` (C99)	`2^x`	`exp2(3) = 8.0`
`double log(double x)`	自然对数 `\ln(x)`	`log(10) ≈ 2.30259`
`double log10(double x)`	常用对数 `\log_{10}(x)`	`log10(100) = 2.0`
`double log2(double x)` (C99)	二进制对数 `\log_2(x)`	`log2(8) = 3.0`

4. 双曲函数

函数	描述	示例
`double sinh(double x)`	双曲正弦	`sinh(1) ≈ 1.1752`
`double cosh(double x)`	双曲余弦	`cosh(0) = 1.0`
`double tanh(double x)`	双曲正切	`tanh(1) ≈ 0.7616`

5. 误差与伽马函数(C99)

函数	描述
`double erf(double x)`	误差函数
`double erfc(double x)`	互补误差函数
`double tgamma(double x)`	伽马函数 `\Gamma(x)`
`double lgamma(double x)`	`\ln(\\|\Gamma(x)\\|)`

6. 浮点数操作

函数	描述
`double frexp(double x, int *exp)`	分解浮点数为尾数和指数
`double ldexp(double x, int exp)`	`x \times 2^{exp}`
`double modf(double x, double *intpart)`	分离整数和小数部分

7. 其他函数

函数	描述
`double fmax(double x, double y)` (C99)	返回较大值
`double fmin(double x, double y)` (C99)	返回较小值
`double fdim(double x, double y)` (C99)	返回 ( x - y )(如果 `x > y`,否则 0)
`double copysign(double x, double y)` (C99)	返回 `x` 的绝对值 + `y` 的符号

8. 宏与常量

宏	描述
`INFINITY`	表示无穷大(如 `1.0 / 0.0`)
`NAN`	表示非数字(如 `0.0 / 0.0`)
`HUGE_VAL`	表示极大值(溢出时返回)
`M_E`	自然对数底 ( e )(非标准)
`M_PI`	圆周率 ( \pi )(非标准)

ctype

<ctype.h> 是 C 语言标准库中用于字符分类和转换的头文件,提供了一系列函数用于判断字符的类型(如字母、数字、空白符等)以及大小写转换.这些函数通常以 int 类型参数(字符的 ASCII 值)作为输入,并返回 int 类型(非零表示真,零表示假).

1. 字符分类函数

这些函数用于检查字符是否属于特定类别,返回 非零值(真) 或 0(假).

函数	描述	示例
`int isalpha(int c)`	检查 `c` 是否是字母(`A-Z` 或 `a-z`)	`isalpha('A')` → 非零
`int isdigit(int c)`	检查 `c` 是否是数字(`0-9`)	`isdigit('5')` → 非零
`int isalnum(int c)`	检查 `c` 是否是字母或数字	`isalnum('a')` → 非零
`int isxdigit(int c)`	检查 `c` 是否是十六进制数字(`0-9`、`A-F`、`a-f`)	`isxdigit('F')` → 非零
`int islower(int c)`	检查 `c` 是否是小写字母(`a-z`)	`islower('a')` → 非零
`int isupper(int c)`	检查 `c` 是否是大写字母(`A-Z`)	`isupper('A')` → 非零
`int isspace(int c)`	检查 `c` 是否是空白字符( 、`\t`、`\n`、`\r`、`\v`、`\f`)	`isspace(' ')` → 非零
`int isblank(int c)` (C99)	检查 `c` 是否是空白( 或 `\t`)	`isblank('\t')` → 非零
`int isprint(int c)`	检查 `c` 是否是可打印字符(包括空格)	`isprint('A')` → 非零
`int isgraph(int c)`	检查 `c` 是否是可打印字符(不包括空格)	`isgraph(' ')` → 0
`int iscntrl(int c)`	检查 `c` 是否是控制字符(ASCII 0-31 或 127)	`iscntrl('\n')` → 非零
`int ispunct(int c)`	检查 `c` 是否是标点符号(非字母、数字、空格)	`ispunct('!')` → 非零

2. 字符转换函数

函数	描述	示例
`int tolower(int c)`	将 `c` 转换为小写字母(如果 `c` 是大写字母)	`tolower('A')` → `'a'`
`int toupper(int c)`	将 `c` 转换为大写字母(如果 `c` 是小写字母)	`toupper('a')` → `'A'`

注意：

如果 c 不是字母,tolower() 和 toupper() 直接返回 c.
这些函数只适用于 ASCII 字符,不适用于 Unicode.

time

1. 时间表示方式

(1) `time_t`

typedef long time_t;(通常是自 1970-01-01 00:00:00 UTC 的秒数,即 Unix 时间戳)
time_t now = time(NULL); // 获取当前时间戳

(2) `struct tm`

存储分解时间(Broken-Down Time),包含以下字段

struct tm {
    int tm_sec;   // 秒 [0, 60](60 用于闰秒)
    int tm_min;   // 分钟 [0, 59]
    int tm_hour;  // 小时 [0, 23]
    int tm_mday;  // 月中的第几天 [1, 31]
    int tm_mon;   // 月份 [0, 11](0 = 一月)
    int tm_year;  // 自 1900 年起的年份
    int tm_wday;  // 星期几 [0, 6](0 = 周日)
    int tm_yday;  // 年中的第几天 [0, 365]
    int tm_isdst; // 夏令时标志(>0: 夏令时,=0: 非夏令时,<0: 未知)
};

(3) `clock_t`

typedef long clock_t;(表示 CPU 时间,单位通常是时钟滴答)

2. 时间获取函数

(1) `time()`

time_t time(time_t *timer);
获取当前日历时间(Unix 时间戳).

(2) `clock()`

clock_t clock(void);
获取程序运行的 CPU 时间(单位是 CLOCKS_PER_SEC 的分数).

(3) `difftime()`

double difftime(time_t end, time_t start);
计算两个 time_t 时间的差值(单位：秒).

3. 时间转换函数

(1) `gmtime()`

struct tm *gmtime(const time_t *timer);
将 time_t 转换为 UTC 时间(世界标准时间).

(2) `localtime()`

struct tm *localtime(const time_t *timer);
将 time_t 转换为 本地时间(受时区和夏令时影响).

(3) `mktime()`

time_t mktime(struct tm *timeptr);
将 struct tm 转换回 time_t(自动调整非法时间).

(4) `asctime()`

char *asctime(const struct tm *timeptr);
将 struct tm 转换为固定格式的字符串(如 "Sun Jan 1 00:00:00 2023\n").

(5) `ctime()`

char *ctime(const time_t *timer);
将 time_t 转换为本地时间的字符串

(6) `strftime()`(更灵活的格式化)

size_t strftime(char *str, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *timeptr);
strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", t);
功能：自定义时间格式

常用格式符：

格式符	说明	示例
`%Y`	年份(4 位)	2024
`%m`	月份(01-12)	02
`%d`	日(01-31)	15
`%H`	小时(00-23)	14
`%M`	分钟(00-59)	30
`%S`	秒(00-60)	45
`%A`	星期全名	Monday
`%a`	星期缩写	Mon
`%B`	月份全名	February
`%b`	月份缩写	Feb
`%c`	完整日期时间	Mon Feb 15 14:30:45 2024

errno

1. `errno` 全局变量

extern int errno; // 声明全局错误变量

特点
- 由系统或库函数自动设置,程序启动时初始化为 0(表示无错误).
- 每个线程有独立的 errno(多线程安全).
- 必须在函数返回后立即检查,否则可能被后续操作覆盖.

2. 标准错误码宏

宏	值	描述
`EPERM`	1	操作不允许(权限不足)
`ENOENT`	2	文件或目录不存在
`EINTR`	4	系统调用被中断
`EIO`	5	输入/输出错误
`EBADF`	9	错误的文件描述符
`EAGAIN`	11	资源暂时不可用(可重试)
`ENOMEM`	12	内存不足
`EACCES`	13	权限不足
`EFAULT`	14	错误的地址
`EBUSY`	16	资源忙
`EEXIST`	17	文件已存在
`EINVAL`	22	无效参数
`ENFILE`	23	系统打开文件数过多
`EMFILE`	24	进程打开文件数过多
`ENOSPC`	28	设备无剩余空间
`EDOM`	33	数学参数超出定义域
`ERANGE`	34	结果超出范围

3. 错误处理函数

(1) perror()
- void perror(const char *s);
- 打印错误描述(自动附加 errno 对应的错误信息).
(2) strerror()
- char *strerror(int errnum);
- 返回错误码对应的字符串描述.

assert

<assert.h> 是 C 语言标准库中用于**程序断言(Assertion)**的头文件,它提供了一个宏 assert(),用于在程序运行时检查条件是否满足,如果条件为假(false),则终止程序并输出错误信息.

void assert(int expression);
- 如果 expression 为 0(假)
  1. 打印错误信息(包含文件名、行号、断言条件).
  2. 调用 abort() 终止程序.
- 如果 expression 非 0(真),则不做任何操作.
2. 启用/禁用断言
(1) 调试模式(默认启用)
不定义 NDEBUG 宏,assert() 生效：
(2) 发布模式(禁用断言)
- 定义 NDEBUG 宏,assert() 会被忽略
3. 使用场景
- (1) 检查函数参数合法性
- (2) 检查程序逻辑
- (3) 调试复杂条件
4. 注意事项
- 仅在 调试模式(NDEBUG 未定义) 下生效.
- 在发布版本中可以通过定义 NDEBUG 宏禁用断言.
- assert 不能替代错误处理

stdarg

<stdarg.h> 是 C 语言标准库中用于处理可变参数的头文件，它允许函数接受不定数量的参数，类似于 printf() 和 scanf() 的实现方式。

1. 核心宏和类型

(1) `va_list`

用于声明一个变量，该变量将保存可变参数列表

(2) `va_start`

宏：void va_start(va_list ap, last_arg);
功能：初始化 va_list 使其指向第一个可变参数
参数：
- ap：va_list 对象
- last_arg：最后一个固定参数的名称

(3) `va_arg`

宏：type va_arg(va_list ap, type);
功能：获取下一个参数的值
参数：
- ap：va_list 对象
- type：期望获取的参数类型
示例：
```
int num = va_arg(args, int);
```

(4) `va_end`

宏：void va_end(va_list ap);
功能：清理 va_list 对象
注意：必须在使用完参数后调用
示例：
```
va_end(args);
```

3. 重要注意事项

没有类型检查：
- 编译器无法验证参数类型，错误使用会导致未定义行为
- 错误示例：
```
int num = va_arg(args, double); // 如果传入的是int，将导致未定义行为
```
必须知道参数数量：
- 通常第一个参数用于指定后续参数的数量（如printf使用格式化字符串）
必须调用va_end：
- 忘记调用可能导致内存泄漏或崩溃
避免类型混用：
- 如果函数期望int但传入float，行为是未定义的

5. 总结

宏/类型	功能
`va_list`	保存可变参数列表
`va_start`	初始化参数列表
`va_arg`	获取下一个参数
`va_end`	清理参数列表

signal

信号概述

信号是操作系统发送给进程的一种异步通知,用于告知进程发生了某种事件
由以下方式触发
- Ctrl - C
- 硬件异常
- 其他进程发送
- 操作系统事件
标准信号列表

信号	值	行为	描述
SIGHUP	1	A	挂起或控制进程终止
SIGINT	2	A	C + c
SIGFPE	8	C	浮点异常
SIGKILL	9	AEF	kill -9 强制杀死
SIGSEGV	11	C	无效的内存引用
SIGPIPE	13	A	管道破裂
SIGALRM	14	A	闹钟alarm()信号
SIGTERM	15	A	kill默认
SIGCHLD	17	B	子进程结束

A 终止进程
B 忽略
C 终止进程并core dump
D 暂停
E 不能捕获
F 不可忽略
信号处理函数
- void (*signal(int sig, void (*handler)(int)))(int);
  - 设置信号 sig 的处理函数 handler
  - handler : SIG_IGN 或 SIG_DFL 或信号处理函数
  - 成功:返回之前的信号处理函数
  - 失败:返回 SIG_ERR
  - signal(SIGINT, handler); // 捕获 Ctrl+C
- int raise(int sig);
  - 向当前进程发送信号 sig
实际开发的使用场景
- 捕获 SIGTERM 进行资源清理
- 忽略 SIGINT 让程序不被 Ctrl+C 杀死
- 捕获 SIGSEGV 记录错误信息
- 使用 SIGALRM 实现超时机制

stddef

定义基本类型和宏的头文件,提供与平台无关的类型定义和常用常量,在各种底层编程和跨平台开发中非常有用

核心定义

#define NULL ((void *)0)
- 表示空指针
typedef unsigned int size_t;
- 实际类型取决于平台
typedef int ptrdiff_t;
- 指针差值类型,表示两个指针之间的差值
- 实际类型取决于平台
#define offsetof(type, member) ((size_t)&(((type *)0)->member))
- 计算结构体成员的字节偏移量
typedef unsigned short wchar_t;
- 宽字符类型
- 实际类型取决于平台

跨平台注意

size_t实际大小
- 32 位系统通常是 unsigned int
- 64 位系统通常是 unsigned long
NULL 的实现差异
- C 中定义为 ((void *)0)
- C++ 中可能是 0 或 nullptr
- 偏移量计算的限制:offsetof不能用于非标准布局类型(如含虚函数的 C++ 类)

limits

定义基本数据类型取值范围,提供了各种整数类型的最大值和最小值的宏定义

1. 核心宏定义

宏	含义	典型值（32位系统）
`CHAR_BIT`	一个字节的位数	8
`SCHAR_MIN`	`signed char` 最小值	-128
`SCHAR_MAX`	`signed char` 最大值	127
`UCHAR_MAX`	`unsigned char` 最大值	255
`CHAR_MIN`	`char` 最小值（取决于实现）	-128 或 0
`CHAR_MAX`	`char` 最大值（取决于实现）	127 或 255
`SHRT_MIN`	`short` 最小值	-32768
`SHRT_MAX`	`short` 最大值	32767
`USHRT_MAX`	`unsigned short` 最大值	65535
`INT_MIN`	`int` 最小值	-2147483648
`INT_MAX`	`int` 最大值	2147483647
`UINT_MAX`	`unsigned int` 最大值	4294967295
`LONG_MIN`	`long` 最小值	-2147483648
`LONG_MAX`	`long` 最大值	2147483647
`ULONG_MAX`	`unsigned long` 最大值	4294967295
`LLONG_MIN` (C99)	`long long` 最小值	-9223372036854775808
`LLONG_MAX` (C99)	`long long` 最大值	9223372036854775807
`ULLONG_MAX` (C99)	`unsigned long long` 最大值	18446744073709551615

<limits.h> 主要用于
- 防止数值溢出
- 编写可移植代码
- 系统属性检测
- 安全输入验证

float

<float.h> 是 C 语言标准库中定义浮点数特性的头文件，它提供了浮点类型的取值范围、精度和误差相关的宏定义。