Лекция 16: Строки в языке Си

"Я человек весьма терпимый, могу выслушать и чужие мнения."
— Ярослав Гашек

Введение

Лекция посвящена тому, как в языке Си реализуются строки – последовательности символов, представленные в виде массива типа char с завершающим нулём. Рассмотрены способы объявления строк, работа с указателями, стандартные функции для ввода, вывода и обработки строк, а также нюансы, связанные с кодировками символов.

Понятие строки в Си

• Строка – это массив символов, где последний элемент всегда – терминальный символ '\0'.
• В языке Си отсутствует специальный тип «строка»: вместо него используются обычные массивы типа char.
• Благодаря нулевому символу функции вывода (например, printf с форматом %s) знают, где заканчивается строка.

Объявление и инициализация строк

Объявление строк как массивов символов

• Построчное задание:
  

  #include <stdio.h>
  void main() {
      char word[10];
      word[0] = 'A';
      word[1] = 'B';
      word[2] = 'C';
      word[3] = '\0';  // Завершающий ноль
      printf("%s", word);
      getch();
  }
  

• Инициализация строковой константой:
  

  #include <stdio.h>
  void main() {
      char word[10] = "ABC";
      char text[100] = {'H', 'E', 'L', 'L', 'O'}; // Остальные элементы автоматически инициализируются нулями
      printf("%s\n", word);
      printf("%s", text);
      getch();
  }
  

При инициализации строковой константой компилятор сам определяет количество символов и добавляет завершающий символ '\0'.

Кодировка символов и строк

• Кодировка ASCII:
  – Представляет символы в диапазоне от 0 до 127.
  – Первые 33 кода – управляющие и непечатные символы (например, '\n', '\t').
• Расширенная ASCII и Unicode:
  – Для национальных символов (например, кириллицы) используются кодовые страницы (CP-1251, KOI-8 и др.) или таблица Unicode, где первые 128 символов совпадают с ASCII.
• В памяти строка хранится как последовательность чисел, каждое из которых соответствует коду символа.

Строковые литералы и указатели

• Строковый литерал – это последовательность символов, заключённая в двойные кавычки, которая хранится в статической (read-only) памяти.
• При использовании строкового литерала имя переменной может быть указателем на константный массив символов:

  char *m3 = "\nСимвольная строка.";
  

• Различие между массивом и указателем:
  • Массив (например, char heart[] = "Я люблю язык Cи!";) – имя является адресом первого элемента, но изменить его нельзя.
  • Указатель (например, char *head = "Я люблю язык Pascal!";) можно переназначать, меняя адрес, на который он указывает.

Пример работы с указателями:

for (int i = 0; i < 7; i++)
    putchar(*(head + i));

Основные группы операций со строками в C

Для работы со строками в языке C выделяют три основные группы операций. Ниже приведены таблицы с пояснениями для каждой группы, а также примеры кода.

Ввод и вывод строк

Эти функции используются для получения строковых данных из внешних источников (например, клавиатуры или файла) и вывода их на экран или в файл.

Пример кода:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char buffer[80];

    // Ввод строки с использованием fgets (безопаснее, чем gets)
    printf("Введите строку: ");
    fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);

    // Вывод строки на экран с помощью printf и puts
    printf("Вы ввели: %s", buffer);
    puts(buffer);

    return 0;
}

Преобразование строк

Функции этой группы позволяют преобразовывать строковые представления чисел в числовые значения и обратно, а также форматировать строку по заданному шаблону.

Пример кода:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    char numStr[] = "12345";
    int num = atoi(numStr);  // Преобразование строки в int
    printf("Преобразованное число: %d\n", num);

    double d = atof("3.14"); // Преобразование строки в double
    printf("Преобразованное число с плавающей точкой: %.2f\n", d);

    // Преобразование числа в строку
    char buffer[20];
    sprintf(buffer, "Число: %d", num);
    printf("Форматированная строка: %s\n", buffer);

    return 0;
}

Обработка строк

Эти функции используются для манипуляций со строками: вычисления их длины, копирования, сравнения, объединения, а также поиска символов и подстрок.

Пример кода:

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void) {
    char src[] = "Hello";
    char dest[30];

    // Копирование строки
    strcpy(dest, src);
    printf("После strcpy: %s\n", dest);

    // Объединение (конкатенация) строк
    strcat(dest, " World");
    printf("После strcat: %s\n", dest);

    // Вычисление длины строки
    size_t len = strlen(dest);
    printf("Длина строки: %zu\n", len);

    // Поиск символа
    char *p = strchr(dest, 'W');
    if (p != NULL)
        printf("Символ 'W' найден по адресу: %p\n", p);

    // Поиск подстроки
    p = strstr(dest, "World");
    if (p != NULL)
        printf("Подстрока \"World\" найдена по адресу: %p\n", p);

    return 0;
}

Ввод и вывод строк (повтор)

Функции ввода и вывода часто используются вместе с форматированным вводом/выводом, что позволяет работать как с отдельными символами, так и со строками целиком.

• scanf() считывает строку до первого разделителя (пробела, табуляции, или перевода строки).
• gets() (не рекомендуется) считывает строку до символа новой строки, но не проверяет длину буфера.
• fgets() – безопасный аналог, позволяющий задать максимальное количество считываемых символов.
• printf() и puts() используются для вывода строк.

Преобразование строк и чисел

Функции преобразования позволяют получать числовое значение из строки и наоборот:

• atoi(), atof() – простые функции для преобразования строк в числа.
• strtol() и подобные – более гибкие функции с поддержкой систем счисления.
• sprintf() и snprintf() – форматируют число в строку с заданным шаблоном.

Массивы символьных строк

Строки можно хранить как в виде двумерного массива символов, так и в виде массива указателей:

• Двумерный массив:
  

  char days[12][10] = {
      "Январь", "Февраль", "Март", "Апрель", "Май", "Июнь",
      "Июль", "Август", "Сентябрь", "Октябрь", "Ноябрь", "Декабрь"
  };
  

• Массив указателей:
  

  char *poet[4] = {
      "Погиб поэт!", "- невольник чести -", "Пал,", "оклеветанный молвой…"
  };
  

Заключение

• Строки в Си – это массивы символов с завершающим нулём, что позволяет обрабатывать их с помощью стандартных функций.
• Важно помнить о безопасном вводе строк, корректном выделении памяти и различиях между массивами и указателями на строки.
• Стандартные библиотеки <stdio.h>, <string.h> и <stdlib.h> предоставляют богатый набор функций для работы со строками: от базового копирования и конкатенации до сложного парсинга и преобразования типов.
• Глубокое понимание представления строк в памяти помогает избегать ошибок, связанных с переполнением буфера и некорректной работой с указателями.

Бегут в спортзалах по кругу