库函数实现原理：你每天用的代码背后藏着什么

写代码的时候，我们总在调用各种函数，比如 printf 打印信息，strlen 算字符串长度。这些看起来理所当然的功能，其实都藏在“库函数”里。它们不是语言自带的关键词，而是别人早就写好、打包好的工具，让我们能站在巨人的肩膀上干活。

库函数到底是什么？

你可以把它想象成厨房里的调料包。做饭时不用从头种香料、晒干、研磨，直接拆一包十三香倒进去就行。编程也一样，sqrt 开平方、memcpy 拷贝内存，这些复杂操作早有人实现好了，放在标准库（比如 C 语言的 glibc）里，我们只需要包含头文件，链接库就能用。

一个简单的例子：自己实现 strlen

当你写下 strlen(s)，它其实是在默默做一件事：从字符串开头一个字节一个字节地看，直到遇到 \0（字符串结束符）为止，每走一步计数加一。

size_t my_strlen(const char *s) {
    size_t len = 0;
    while (s[len] != '\0') {
        len++;
    }
    return len;
}

这差不多就是库函数 strlen 的基本思路。实际的实现会更讲究效率，比如用指针对齐优化、一次读 4 或 8 字节来加速，但核心逻辑不变。

printf 是怎么把数字变成字符串的？

调用 printf("%d", 123); 的时候，系统得把整数 123 拆成 '1'、'2'、'3' 三个字符。怎么做？不断除以 10 取余数，把余数加上 '0' 变成字符，再逆序排列。

void print_int(int n) {
    if (n == 0) {
        putchar('0');
        return;
    }
    if (n < 0) {
        putchar('-');
        n = -n;
    }
    char buf&#91;12&#93;;
    int i = 0;
    while (n > 0) {
        buf&#91;i++&#93; = '0' + (n % 10);
        n /= 10;
    }
    while (i-- > 0) {
        putchar(buf&#91;i&#93;);
    }
}

这只是一个简化版，真正的 printf 还要处理浮点数、格式对齐、可变参数列表，复杂得多。

为什么库函数通常比你自己写得快？

除了经验丰富的程序员精心设计算法，很多库函数还会用到汇编语言或编译器内置优化。比如 memset 在不同平台上有不同的实现：小块内存用循环，大块内存可能直接调用 CPU 指令集里的高效填充指令。

就像快递公司有分拣流水线和无人机，普通人靠双腿送包裹永远追不上他们的效率。

了解实现原理有什么用？

平时写业务代码可能用不上，但一旦遇到性能瓶颈或者奇怪 bug，懂点底层逻辑就能更快定位问题。比如发现某个字符串操作特别慢，查一下是不是频繁调用 strlen 而没有缓存长度，就可以针对性优化。

另外，面试也常问这些。人家不指望你背出 glibc 源码，但能看出你有没有琢磨过“习以为常”的东西是怎么工作的。