C标准库是一个标准化的头文件和库例程集合，用于实现常见操作，如输入/输出和字符字符串处理。与其他语言（如COBOL、Fortran和PL/I）不同，C语言没有内建的关键字来执行这些任务，因此几乎所有C程序都依赖标准库来操作。

历史

C编程语言最初并没有提供任何基础函数，如I/O操作。随着时间的推移，C的用户社区共享了想法和实现来提供这些功能。这些想法逐渐变得普遍，并最终在1989年被纳入标准化的C语言定义中。这些实现现在被称为C标准库。

Unix和C语言都是在AT&T贝尔实验室于1960年代末和1970年代初期创建的。在1970年代，C编程语言变得越来越流行，许多大学和组织开始为他们自己的项目创建C语言的变体。到1980年代初期，不同C实现之间的兼容性问题变得显著。1983年，美国国家标准协会（ANSI）成立了一个委员会，制定C语言的标准规范，称为“ANSI C”。这项工作最终在1989年形成了所谓的C89标准。由此产生的标准的一部分是一个称为ANSI C标准库的软件库集。

C标准的后续修订增加了几个新的必要头文件。对于这些新扩展的支持在不同的实现中有所不同。

头文件 <iso646.h>、<wchar.h> 和 <wctype.h> 是在1995年通过标准附录1（简称NA1）添加的。

头文件 <complex.h>、<fenv.h>、<inttypes.h>、<stdbool.h>、<stdint.h> 和 <tgmath.h> 是在C99中增加的，该修订版本于1999年发布。

注意：

C++编程语言包含了ANSI C89标准库中的函数，但对这些函数做了一些修改，例如将所有标识符放入std命名空间，并将头文件名从 <xxx.h> 改为 <cxxx>（尽管仍然可以使用C风格的名字，尽管它们已被弃用）。

设计

每个函数的声明都保存在一个头文件中，而函数的实际实现则被分离到库文件中。头文件的命名和范围已经变得标准化，但库的组织结构仍然保持多样性。标准库通常与编译器一起提供。由于C编译器通常提供一些在ANSI C中未指定的额外函数，因此某些特定编译器的标准库通常与其他编译器的标准库不兼容。

C标准库的许多部分被证明是设计良好的。回顾历史，有些部分被认为是错误的。例如，字符串输入函数gets()（以及使用scanf()读取字符串输入）是许多缓冲区溢出的源头，绝大多数编程指南建议避免使用这些函数。另一个怪异之处是strtok()，一个被设计为基本词法分析器的函数，但它非常“脆弱”，且难以使用。

ANSI标准

ANSI C标准库包含24个C头文件，可以通过单个指令包含到程序员的项目中。每个头文件包含一个或多个函数声明、数据类型定义和宏。以下是这些头文件的内容。

与某些其他语言（例如Java）相比，标准库非常小。它提供了基本的数学函数、字符串处理、类型转换以及文件和控制台的I/O功能。它不包含像C++标准模板库那样的标准“容器类型”，更不用说Java标准库中提供的完整图形用户界面（GUI）工具包、网络工具和其他大量功能。标准库的小型化的主要优点是，提供一个可用的ANSI C环境比其他语言要容易得多，因此将C移植到新平台的难度相对较小。

许多其他库已经被开发出来，用来提供与其他语言标准库中相同功能的实现。例如，GNOME桌面环境项目开发了GTK+图形工具包和GLib，一个容器数据结构库，还有许多其他知名的示例。由于可用库的多样性，某些优越的工具包通过历史证明了它们的价值。其显著的缺点是，这些库往往无法很好地协同工作，程序员往往熟悉不同的库集合，而在某个平台上可能提供不同的库集合。

ANSI C库头文件

  • <assert.h>：包含assert宏，用于帮助在调试版本的程序中检测逻辑错误和其他类型的bug。
  • <complex.h>：用于操作复数的函数集合（C99新增）。
  • <ctype.h>：包含用于按类型分类字符或在不同字符集（通常为ASCII或其扩展，尽管也有基于EBCDIC的实现）中进行大小写转换的函数。
  • <errno.h>：用于测试库函数报告的错误代码。
  • <fenv.h>：用于控制浮点环境（C99新增）。
  • <float.h>：包含定义常量，指定浮点库的实现特性，如最小差异（_EPSILON）、最大精度（_DIG）和可以表示的数字范围（_MIN，_MAX）。
  • <inttypes.h>：用于精确的整数类型转换（C99新增）。
  • <iso646.h>：用于编程ISO 646变体字符集（NA1新增）。
  • <limits.h>：包含定义常量，指定整数类型的实现特性，如可以表示的数字范围（_MIN，_MAX）。
  • <locale.h>：用于setlocale()及相关常量。用于选择适当的区域设置。
  • <math.h>：用于计算常见数学函数。
  • <setjmp.h>：用于非局部跳转的setjmp和longjmp。
  • <signal.h>：用于控制各种异常情况。
  • <stdarg.h>：用于访问传递给函数的可变数量的参数。
  • <stdbool.h>：用于布尔数据类型（C99新增）。
  • <stdint.h>：用于定义各种整数类型（C99新增）。
  • <stddef.h>：用于定义几个有用的类型和宏。
  • <stdio.h>：提供C语言的核心输入输出功能。此文件包括著名的printf函数。
  • <stdlib.h>：用于执行各种操作，包括转换、伪随机数、内存分配、进程控制、环境、信号、搜索和排序。
  • <string.h>：用于操作几种类型的字符串。
  • <tgmath.h>：用于类型泛化数学函数（C99新增）。
  • <time.h>：用于转换不同的时间和日期格式。
  • <wchar.h>：用于操作宽字符流和多种类型的宽字符字符串，是支持多种语言的关键（NA1新增）。
  • <wctype.h>：用于分类宽字符（NA1新增）。

常见支持库

尽管没有标准化，C程序可能依赖于一个运行时库，其中包含编译器在运行时使用的代码。例如，在调用main()之前，操作系统用来初始化进程的代码通常实现于C运行时库。C运行时库代码还可能帮助实现其他语言特性，例如处理未捕获的异常或实现浮点代码。

C标准库只文档化了本文提到的特定例程及其行为。由于编译器的实现可能依赖于这些附加的实现级函数，因此编译器特定的例程通常与C标准库捆绑在一起，因为它们在使用该工具集编译的任何程序中都可能需要。

尽管通常因其捆绑而与C标准库混淆，C运行时库并不是语言的标准化部分，而是供应商特定的。

编译器内建函数

一些编译器（例如GCC）提供了许多C标准库函数的内建版本；也就是说，函数的实现被写入编译后的目标文件中，程序调用的是内建版本，而不是C库共享对象文件中的函数。这减少了函数调用的开销，尤其是当函数调用被内联变体替代时，并允许其他形式的优化（因为编译器知道内建变体的控制流特征），但在调试时可能会造成困惑（例如，内建版本无法替换为有仪器的变体）。

POSIX标准库

POSIX（以及单一Unix规范）指定了一些例程，这些例程应当在C标准库之外提供；这些通常与C标准库函数一起实现，并且有不同程度的紧密度。例如，glibc在libc.so中实现了如fork等函数，但在NPTL合并到glibc之前，它曾是一个独立的库，并有自己的链接器标志。通常，这些POSIX指定的函数被视为库的一部分；C库本身可能被标识为ANSI或

ISO C库。

POSIX认可的库包括：

  • c：提供POSIX.1-2008系统接口卷中引用的所有接口（可能不包括一些接口，如<aio.h>等中的接口）。
  • l：提供lex程序输出需要的接口，lex用fl而不是l。
  • pthread：提供<pthread.h>中引用的所有接口以及在<signal.h>中引用的pthread_kill()和pthread_sigmask()。
  • m：提供<math.h>、<complex.h>和<fenv.h>中引用的所有接口。
  • rt：提供<aio.h>、<mqueue.h>、<sched.h>等中引用的所有接口。
  • trace：提供<trace.h>中引用的所有接口。
  • xnet：提供<arpa/inet.h>、<netdb.h>等中引用的所有接口。
  • y：提供yacc程序输出需要的接口。
Last modified: Sunday, 12 January 2025, 1:25 PM