`strdup` 字符串复制函数

1) 函数的概念与用途

strdup 是 C 语言中一个非常实用的字符串操作函数，它的名字来源于"string duplicate"（字符串复制）。这个函数的功能简洁明了：动态分配内存并创建字符串的副本。

可以将 strdup 看作是一个"智能字符串复印机"：你给它一个字符串，它会在堆内存中创建一个全新的、完全相同的副本，并返回这个副本的地址。与手动进行 malloc + strcpy 相比，strdup 将这些操作封装成一个原子操作，使用起来更加方便和安全。

典型应用场景包括：

• 字符串保存：需要修改原始字符串但又要保留原内容时
• 数据结构存储：在链表、树等数据结构中存储字符串内容
• 函数返回值：从函数返回动态分配的字符串
• 配置管理：复制配置字符串以便修改而不影响原始配置
• 跨模块传递：在不同模块间传递字符串所有权时

2) 函数的声明与出处

strdup 不是标准 C 库函数，而是 POSIX 标准定义的函数。它通常声明在 <string.h> 头文件中。

#include <string.h>char *strdup(const char *s);

平台兼容性说明：

• 在 Linux、macOS 和其他类 Unix 系统中广泛可用
• Windows 平台通常不提供此函数，但可以使用 _strdup 作为替代
• 某些编译器环境下可能需要定义特定的宏来启用此函数
• C23 标准计划将 strdup 纳入标准库

3) 参数详解：要复制的字符串

• const char *s
  • 作用：要复制的源字符串
  • 要求：必须以 \0 结尾的有效 C 字符串
  • 特殊情况：如果传入 NULL，行为是未定义的，通常会导致程序崩溃

4) 返回值：复制字符串的指针

• 返回值类型：char *

• 返回值含义：

  • 成功：返回指向新分配的字符串副本的指针
  • 失败：如果内存分配失败，返回 NULL

• 内存管理责任：

  • 返回的指针指向动态分配的内存，调用者负责在使用完毕后使用 free() 释放该内存
  • 如果忘记释放，会导致内存泄漏

5) 实战演示：多种使用场景

示例 1：基础用法 - 复制字符串

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>int main() {const char *original = "Hello, World!";// 复制字符串char *copy = strdup(original);if (copy == NULL) {fprintf(stderr, "Memory allocation failed!\n");return 1;}printf("Original: %s\n", original);printf("Copy: %s\n", copy);printf("Original address: %p\n", (void*)original);printf("Copy address: %p\n", (void*)copy);// 修改副本不影响原始字符串copy[7] = 'w'; // 将 'W' 改为 'w'printf("After modification:\n");printf("Original: %s\n", original); // 保持不变printf("Copy: %s\n", copy);         // 已修改// 必须释放分配的内存free(copy);return 0;
}

示例 2：在数据结构中使用

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>typedef struct {int id;char *name; // 动态分配的字符串
} Person;Person* create_person(int id, const char *name) {Person *p = malloc(sizeof(Person));if (p == NULL) return NULL;p->id = id;p->name = strdup(name); // 复制字符串if (p->name == NULL) {free(p); // 分配失败，清理已分配的内存return NULL;}return p;
}void free_person(Person *p) {if (p != NULL) {free(p->name); // 先释放字符串内存free(p);       // 再释放结构体内存}
}int main() {Person *person = create_person(1, "Alice");if (person != NULL) {printf("ID: %d, Name: %s\n", person->id, person->name);free_person(person);}return 0;
}

示例 3：处理用户输入并创建修改副本

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>char* to_uppercase(const char *str) {char *result = strdup(str);if (result == NULL) return NULL;for (int i = 0; result[i]; i++) {result[i] = toupper(result[i]);}return result;
}int main() {char input[100];printf("Enter a string: ");if (fgets(input, sizeof(input), stdin) == NULL) {return 1;}// 去除换行符input[strcspn(input, "\n")] = '\0';// 创建大写版本char *upper = to_uppercase(input);if (upper == NULL) {fprintf(stderr, "Failed to allocate memory\n");return 1;}printf("Original: %s\n", input);printf("Uppercase: %s\n", upper);free(upper);return 0;
}

6) 编译方式与注意事项

在Linux/macOS上编译：

gcc -o strdup_demo strdup_demo.c

在Windows上编译（使用替代函数）：

// 使用条件编译处理平台差异
#ifdef _WIN32
#include <string.h>
#define strdup _strdup
#else
#include <string.h>
#endif

关键注意事项：

1. 内存管理：必须对 strdup 返回的指针调用 free()，否则会导致内存泄漏
2. 错误检查：始终检查返回值是否为 NULL，处理内存分配失败的情况
3. 平台兼容性：strdup 不是标准C函数，在跨平台项目中需要注意
4. 性能考虑：频繁调用 strdup 可能导致内存碎片
5. 手动实现：如果需要更好的可移植性，可以自己实现 strdup 功能：

// 自定义 strdup 实现
char *my_strdup(const char *s) {if (s == NULL) return NULL;size_t len = strlen(s) + 1;char *copy = malloc(len);if (copy != NULL) {memcpy(copy, s, len);}return copy;
}

7) 执行结果说明

示例 1 输出：

Original: Hello, World!
Copy: Hello, World!
Original address: 0x55aabbccdd
Copy address: 0x55aabbccee
After modification:
Original: Hello, World!
Copy: Hello, world!

展示了 strdup 创建了原始字符串的独立副本（位于不同的内存地址），修改副本不会影响原始字符串。

示例 2 输出：

ID: 1, Name: Alice

演示了如何在数据结构中使用 strdup 来动态存储字符串，以及如何正确管理内存。

示例 3 可能的交互：

Enter a string: hello world
Original: hello world
Uppercase: HELLO WORLD

显示了如何处理用户输入并创建其修改版本，同时保持原始输入不变。

8) 总结：strdup 的工作流程与价值

strdup 通过封装常见的内存分配和字符串复制操作，大大简化了字符串复制任务。它的工作流程可以总结如下：

strdup 的核心价值在于：

1. 简洁性：将常见的 malloc + strcpy 模式封装为单个函数调用
2. 安全性：正确处理字符串长度计算和内存分配
3. 便利性：特别适合需要动态字符串副本的场景

最佳实践建议：

1. 始终检查返回值：处理内存分配失败的可能性
2. 及时释放内存：使用完毕后立即释放，避免内存泄漏
3. 考虑可移植性：在跨平台项目中使用条件编译或自定义实现
4. 评估需求：如果不是必须动态分配，考虑使用更简单的方法

strdup 虽然不是标准 C 函数，但在 POSIX 兼容系统中广泛使用，为字符串复制提供了方便且安全的解决方案。掌握它的用法和注意事项可以帮助开发者编写更健壮、更简洁的字符串处理代码。