Строки в языке C
Строка — это последовательность ASCII или UNICODE символов.
Строки в C, как и в большинстве языков программирования высокого уровня рассматриваются как отдельный тип, входящий в систему базовых типов языка. Так как язык C по своему происхождению является языком системного программирования, то строковый тип данных в C как таковой отсутствует, а в качестве строк в С используются обычные массивы символов.
Исторически сложилось два представления формата строк:
- формат ANSI;
- cтроки с завершающим нулем (используется в C).
Формат ANSI устанавливает, что значением первой позиции в строке является ее длина, а затем следуют сами символы строки. Например, представление строки «Моя строка!» будет следующим:
11 ‘М’ ‘о’ ‘я’ ‘ ‘ ‘с’ ‘т’ ‘р’ ‘о’ ‘к’ ‘а’ ‘!’
В строках с завершающим нулем, значащие символы строки указываются с первой позиции, а признаком завершения строки является значение ноль. Представление рассмотренной ранее строки в этом формате имеет вид:
‘М’ ‘о’ ‘я’ ‘ ‘ ‘с’ ‘т’ ‘р’ ‘о’ ‘к’ ‘а’ ‘!’ 0
Объявление строк в C
Строки реализуются посредством массивов символов. Поэтому объявление ASCII строки имеет следующий синтаксис:
char имя[длина];
Объявление строки в С имеет тот же синтаксис, что и объявление одномерного символьного массива. Длина строки должна представлять собой целочисленное значение (в стандарте C89 – константа, в стандарте C99 может быть выражением). Длина строки указывается с учетом одного символа на хранение завершающего нуля, поэтому максимальное количество значащих символов в строке на единицу меньше ее длины. Например, строка может содержать максимально двадцать символов, если объявлена следующим образом:
char str[21]; Инициализация строки в С осуществляется при ее объявлении, используя следующий синтаксис:
char str[длина] = строковый литерал;
Строковый литерал – строка ASCII символов заключенных в двойные кавычки. Примеры объявления строк с инициализацией:
char str1[20] = «Введите значение: «, str2[20] = «»;
const char message[] = «Сообщение об ошибке!»;
Работа со строками в С
Так как строки на языке С являются массивами символов, то к любому символу строки можно обратиться по его индексу. Для этого используется синтаксис обращения к элементу массива, поэтому первый символ в строке имеет индекс ноль. Например, в следующем фрагменте программы в строке str осуществляется замена всех символов ‘a’ на символы ‘A’ и наоборот.
Массивы строк в С
Объявление массивов строк в языке С также возможно. Для этого используются двумерные массивы символов, что имеет следующий синтаксис:
char имя[количество][длина];
Первым размером матрицы указывается количество строк в массиве, а вторым – максимальная (с учетом завершающего нуля) длина каждой строки. Например, объявление массива из пяти строк максимальной длиной 30 значащих символов будет иметь вид:
При объявлении массивов строк можно производить инициализацию:
char имя[количество][длина] = <строковый литерал №1, . строковый литерал №N>;
Число строковых литералов должно быть меньше или равно количеству строк в массиве. Если число строковых литералов меньше размера массива, то все остальные элементы инициализируются пустыми строками. Длина каждого строкового литерала должна быть строго меньше значения длины строки (для записи завершающего нуля).
При объявлении массивов строк с инициализацией допускается не указывать количество строк в квадратных скобках. В таком случае, количество строк в массиве будет определено автоматически по числу инициализирующих строковых литералов.
Например, массив из семи строк:
Функции для работы со строками в С
Все библиотечные функции, предназначенные для работы со строками, можно разделить на три группы:
- ввод и вывод строк;
- преобразование строк;
- обработка строк.
Ввод и вывод строк в С
Для ввода и вывода строковой информации можно использовать функции форматированного ввода и вывода (printf и scanf). Для этого в строке формата при вводе или выводе строковой переменной необходимо указать спецификатор типа %s. Например, ввод и последующий вывод строковой переменной будет иметь вид:
char str[31] = «»;
printf(«Введите строку: «);
scanf(«%30s”,str);
printf(«Вы ввели: %s”,str);
Недостатком функции scanf при вводе строковых данных является то, что символами разделителями данной функции являются:
- перевод строки,
- табуляция;
- пробел.
Поэтому, используя данную функцию невозможно ввести строку, содержащую несколько слов, разделенных пробелами или табуляциями. Например, если в предыдущей программе пользователь введет строку: «Сообщение из нескольких слов», то на экране будет выведено только «Сообщение».
Для ввода и вывода строк в библиотеке stdio.h содержатся специализированные функции gets и puts.
Функция gets предназначена для ввода строк и имеет следующий заголовок:
char * gets(char *buffer);
Между тем использовать функцию gets категорически не рекомендуется, ввиду того, что она не контролирует выход за границу строки, что может произвести к ошибкам. Вместо нее используется функция fgets с тремя параметрами:
char * fgets(char * buffer, int size, FILE * stream);
где buffer — строка для записи результата, size — максимальное количество байт, которое запишет функция fgets, stream — файловый объект для чтения данных, для чтения с клавиатуры нужно указать stdin. Эта функция читает символы со стандартного ввода, пока не считает n — 1 символ или символ конца строки, потом запишет считанные символы в строку и добавит нулевой символ. При этом функция fgets записывает в том символ конца строки в данную строку, что нужно учитывать.
Функция puts предназначена для вывода строк и имеет следующий заголовок:
int puts(const char *string);
Простейшая программа: ввод и вывод строки с использованием функций fgets и puts будет иметь вид:
Для считывания одного символа можно использовать функцию fgetc(FILE * stream) . Она считывает один символ и возвращает значение этого символа, преобразованное к типу int, если же считывание не удалось, то возвращается специальная константа EOF, равная -1. Функция возвращает значение -1 для того, чтобы можно было обрабатывать ситуацию конца файла, посимвольное чтение до конца файла можно реализовать следующим образом:
int c;
while ((c = fgetc(stdin)) != EOF) <
// Обработка символа
>
Для вывода одного символа можно использовать функцию int fputc(int c, FILE *stream); .
Помимо функций ввода и вывода в потоки в библиотеке stdio.h присутствуют функции форматированного ввода и вывода в строки. Функция форматированного ввода из строки имеет следующий заголовок:
int sscanf(const char * restrict buffer, const char * restrict string, [address] . );
Функции форматированного вывода в строку имеют следующие заголовки:
Преобразование строк
В С для преобразования строк, содержащих числа, в численные значения в библиотеке stdlib.h
предусмотрен следующий набор функций:
double atof(const char *string); // преобразование строки в число типа double
int atoi(const char *string); // преобразование строки в число типа int
long int atol(const char *string); // преобразование строки в число типа long int
long long int atoll(const char *string); // преобразование строки в число типа long long int
Корректное представление вещественного числа в текстовой строке должно удовлетворять формату:
После символов E, e указывается порядок числа. Корректное представление целого числа в текстовой строке должно удовлетворять формату:
Помимо приведенных выше функций в библиотеке stdlib.h доступны также следующие функции преобразования строк в вещественные числа:
Аналогичные функции присутствуют и для преобразования строк в целочисленные значения:
Функции обратного преобразования (численные значения в строки) в библиотеке stdlib.h присутствуют, но они не регламентированы стандартом, и рассматриваться не будут. Для преобразования численных значений в строковые наиболее удобно использовать функции sprintf и snprintf.
Обработка строк
В библиотеке string.h содержаться функции для различных действий над строками.
Функция вычисления длины строки:
size_t strlen(const char *string);
Функции копирования строк:
Функции сравнения строк:
Функции осуществляют сравнение строк по алфавиту и возвращают:
положительное значение – если string1 больше string2;
отрицательное значение – если string1 меньше string2;
нулевое значение – если string1 совпадает с string2;
Функции объединения (конкатенации) строк:
Функции поиска символа в строке:
Функция поиска строки в строке:
char * strstr(const char *str, const char *substr);
Функция поиска первого символа в строке из заданного набора символов:
size_t strcspn(const char *str, const char *charset);
Функции поиска первого символа в строке не принадлежащему заданному набору символов:
size_t strspn(const char *str, const char *charset);
Функции поиска первого символа в строке из заданного набора символов:
char * strpbrk(const char *str, const char *charset);
Функция поиска следующего литерала в строке:
char * strtok(char * restrict string, const char * restrict charset);
22.5 – Присваивание и обмен значениями для объектов std::string
Самый простой способ присвоить значение строке – использовать перегруженную функцию operator= . Существует также функция-член assign() , которая дублирует некоторые из этих возможностей.
string& string::operator= (const string& str)
string& string::assign (const string& str)
string& string::operator= (const char* str)
string& string::assign (const char* str)
string& string::operator= (char c)
Эти функции присваивают строке значения различных типов. Они возвращают *this , чтобы их можно было объединить в «цепочку».
Обратите внимание, что нет функции assign() , которая принимает один символ char .
Функция-член assign() также имеет несколько других вариантов:
string& string::assign (const string& str, size_type index, size_type len)
Присваивает подстроку str , начиная с позиции index , и длиной len .
- Выдает исключение out_of_range , если индекс выходит за границы строки.
- Возвращает *this , чтобы можно было объединить в «цепочку».
string& string::assign (const char* chars, size_type len)
Присваивает len символов из массива символов в стиле C.
- Выдает исключение length_error , если результат превышает максимальное количество символов
- Возвращает *this , чтобы можно было объединить в «цепочку».
Эта функция потенциально опасна, и ее использование не рекомендуется.
string& string::assign (size_type len, char c)
Присваивает len вхождений символа c .
- Выдает исключение length_error , если результат превышает максимальное количество символов
- Возвращает *this , чтобы можно было объединить в «цепочку».
Обмен значениями
Если у вас есть две строки, и вы хотите поменять их значения местами, вы можете использовать две функции с именем swap() .
void string::swap (string &str)
void swap (string &str1, string &str2)
Обе функции меняют местами значения двух строк. Функция-член меняет местами значения *this и str , глобальная функция меняет местами значения str1 и str2 .
Эти функции эффективны и должны использоваться вместо присваиваний для выполнения обмена значений строк.
Функции обработки строк в Cи
В программе строки могут определяться следующим образом:
- как строковые константы;
- как массивы символов;
- через указатель на символьный тип;
- как массивы строк.
Кроме того, должно быть предусмотрено выделение памяти для хранения строки.
Любая последовательность символов, заключенная в двойные кавычки «» , рассматривается как строковая константа .
Для корректного вывода любая строка должна заканчиваться нуль-символом '\0' , целочисленное значение которого равно 0. При объявлении строковой константы нуль-символ добавляется к ней автоматически. Так, последовательность символов, представляющая собой строковую константу, будет размещена в оперативной памяти компьютера, включая нулевой байт.
Под хранение строки выделяются последовательно идущие ячейки оперативной памяти. Таким образом, строка представляет собой массив символов. Для хранения кода каждого символа строки отводится 1 байт.
Для помещения в строковую константу некоторых служебных символов используются символьные комбинации. Так, если необходимо включить в строку символ двойной кавычки, ему должен предшествовать символ «обратный слеш»: ‘\»‘ .
Строковые константы размещаются в статической памяти. Начальный адрес последовательности символов в двойных кавычках трактуется как адрес строки. Строковые константы часто используются для осуществления диалога с пользователем в таких функциях, как printf() .
При определении массива символов необходимо сообщить компилятору требуемый размер памяти.
Компилятор также может самостоятельно определить размер массива символов, если инициализация массива задана при объявлении строковой константой:
В этом случае имена m2 и m3 являются указателями на первые элементы массивов:
- m2 эквивалентно &m2[0]
- m2[0] эквивалентно ‘Г’
- m2[1] эквивалентно ‘o’
- m3 эквивалентно &m3[0]
- m3[2] эквивалентно ‘x’
При объявлении массива символов и инициализации его строковой константой можно явно указать размер массива, но указанный размер массива должен быть больше, чем размер инициализирующей строковой константы:
Для задания строки можно использовать указатель на символьный тип .
В этом случае объявление массива переменной m4 может быть присвоен адрес массива:
Здесь m3 является константой-указателем. Нельзя изменить m3 , так как это означало бы изменение положения (адреса) массива в памяти, в отличие от m4 .
Для указателя можно использовать операцию увеличения (перемещения на следующий символ):
Массивы символьных строк
Иногда в программах возникает необходимость описание массива символьных строк . В этом случае можно использовать индекс строки для доступа к нескольким разным строкам.
В этом случае poet является массивом, состоящим из четырех указателей на символьные строки. Каждая строка символов представляет собой символьный массив, поэтому имеется четыре указателя на массивы. Указатель poet[0] ссылается на первую строку:
*poet[0] эквивалентно 'П',
*poet[l] эквивалентно '-'.
Инициализация выполняется по правилам, определенным для массивов.
Тексты в кавычках эквивалентны инициализации каждой строки в массиве. Запятая разделяет соседние
последовательности.
Кроме того, можно явно задавать размер строк символов, используя описание, подобное такому:
Разница заключается в том, что такая форма задает «прямоугольный» массив, в котором все строки имеют одинаковую длину.
Свободный массив
Операции со строками
Большинство операций языка Си, имеющих дело со строками, работает с указателями. Для размещения в оперативной памяти строки символов необходимо:
- выделить блок оперативной памяти под массив;
- проинициализировать строку.
Для выделения памяти под хранение строки могут использоваться функции динамического выделения памяти. При этом необходимо учитывать требуемый размер строки:
Для ввода строки использована функция scanf() , причем введенная строка не может превышать 9 символов. Последний символ будет содержать '\0' .
Функции ввода строк
Для ввода строки может использоваться функция scanf() . Однако функция scanf() предназначена скорее для получения слова, а не строки. Если применять формат "%s" для ввода, строка вводится до (но не включая) следующего пустого символа, которым может быть пробел, табуляция или перевод строки.
Для ввода строки, включая пробелы, используется функция
В качестве аргумента функции передается указатель на строку, в которую осуществляется ввод. Функция просит пользователя ввести строку, которую она помещает в массив, пока пользователь не нажмет Enter.
Функции вывода строк
Для вывода строк можно воспользоваться рассмотренной ранее функцией
или в сокращенном формате
Для вывода строк также может использоваться функция
которая печатает строку s и переводит курсор на новую строку (в отличие от printf() ). Функция puts() также может использоваться для вывода строковых констант, заключенных в кавычки.
Функция ввода символов
Для ввода символов может использоваться функция
которая возвращает значение символа, введенного с клавиатуры. Указанная функция использовалась в рассмотренных ранее примерах для задержки окна консоли после выполнения программы до нажатия клавиши.
Функция вывода символов
Для вывода символов может использоваться функция
которая возвращает значение выводимого символа и выводит на экран символ, переданный в качестве аргумента.
Пример Посчитать количество введенных символов во введенной строке.
Результат выполнения 