Си работа со строками
Строка в языке Си представляет собой одномерный массив символов, последним элементом которой является символ конца строки – нуль (строка, завершающаяся нулем, то есть NULL terminated string).
Объявление переменной типа строка в языке Си возможно тремя способами, два из которых инициализируют строку во время объявления.
Первый способ:
Объявления массива символов (не забудьте добавить место для завершающего нуля):
Второй способ:
Присвоить строковой переменной начальное значение (при этом длину строки компилятор может вычислить сам):
Справа от знака присваивания записана строковая константа. В конце строки автоматически добавляется ноль (‘\0’). Константы символьных строк помещаются в класс статической памяти.
Третий способ:
Неявное указание, что используется массив. В левой части от знака присваивания указывается указатель на символ:
Переменная s будет указателем на то место в оперативной памяти, где располагается строковая константа. В такой форме записи кроется потенциальная ошибка, заключающаяся в том, что указатель на символ часто называют строкой. Представленная ниже запись – это только указатель на символ, так как для размещения строки место не предусмотрено:
Ввод строки со стандартного устройства ввода (клавиатуры)
Для работы со строками есть набор функций. Для ввода со стандартного устройства ввода (клавиатуры) чаще всего используются библиотечные функциями из модуля стандартного ввода-вывода: scanf и gets.
Для ввода строки с помощью функции scanf, использует формат «%s», причем обратите внимание на то, что перед идентификатором строки не используется знак адреса «&», так как одномерный массив уже представлен указателем на его начало:
Функция gets() считывает символы до тех пор, пока не достигнет символа перехода на новую строку. Функция принимает все символы вплоть до символа перевода строки, но не включает его. К концу строки добавляется завершающий ноль (‘\0’). Функция gets() помещает считанную с клавиатуры последовательность символов в параметр типа строка и возвращает указатель на эту строку (если операция завершилась успешно), или NULL (в случае ошибки). В приведенном ниже примере при успешном завершении операции, на экран будет выведено две одинаковые строки:
Попутно заметим, что функция gets часто используется для ввода лю-бых данных с клавиатуры в виде строки с целью дальнейшего преобразования функцией sscanf к нужному формату или для предварительного анализа вводимых данных, например:
Вывод строк на стандартное устройство вывода (экран монитора)
Для вывода строк на стандартное устройство вывода (экран монитора) можно использовать две функции printf и puts. В функции printf в качестве формата передается «%s». Удобство использования этой функции заключается в том, что помимо строки можно сразу выводит данные других типов. Особенность функции puts заключается в том, что после вывода строки автоматически происходит переход на следующую строку.
Функции для работы со строками
Для преобразования строк в языке Си предусмотрена библиотека string. Каждая из функций имеет свой формат записи (прототип).
Ввод и вывод символьных строк в Си
Итак, строки в языке Си. Для них не предусмотрено отдельного типа данных, как это сделано во многих других языках программирования. В языке Си строка – это массив символов. Чтобы обозначить конец строки, используется символ '\0' , о котором мы говорили в прошлой части этого урока. На экране он никак не отображается, поэтому посмотреть на него не получится.
Создание и инициализация строки
Так как строка – это массив символов, то объявление и инициализация строки аналогичны подобным операциям с одномерными массивами.
Следующий код иллюстрирует различные способы инициализации строк.
Рис.1 Объявление и инициализация строк
В первой строке мы просто объявляем массив из десяти символов. Это даже не совсем строка, т.к. в ней отсутствует нуль-символ \0 , пока это просто набор символов.
Вторая строка. Простейший способ инициализации в лоб. Объявляем каждый символ по отдельности. Тут главное не забыть добавить нуль-символ \0 .
Третья строка – аналог второй строки. Обратите внимание на картинку. Т.к. символов в строке справа меньше, чем элементов в массиве, остальные элементы заполнятся \0 .
Четвёртая строка. Как видите, тут не задан размер. Программа его вычислит автоматически и создаст массив символов нужный длины. При этом последним будет вставлен нуль-символ \0 .
Как вывести строку
Дополним код выше до полноценной программы, которая будет выводить созданные строки на экран.
Рис.2 Различные способы вывода строки на экран
Как видите, есть несколько основных способов вывести строку на экран.
- использовать функцию printf со спецификатором %s
- использовать функцию puts
- использовать функцию fputs , указав в качестве второго параметра стандартный поток для вывода stdout .
Единственный нюанс у функций puts и fputs . Обратите внимание, что функция puts переносит вывод на следующую строку, а функция fputs не переносит.
Как видите, с выводом всё достаточно просто.
Ввод строк
С вводом строк всё немного сложнее, чем с выводом. Простейшим способом будет являться следующее:
Функция gets приостанавливает работу программы, читает строку символов, введенных с клавиатуры, и помещает в символьный массив, имя которого передаётся функции в качестве параметра.
Завершением работы функции gets будет являться символ, соответствующий клавише ввод и записываемый в строку как нулевой символ.
Заметили опасность? Если нет, то о ней вас любезно предупредит компилятор. Дело в том, что функция gets завершает работу только тогда, когда пользователь нажимает клавишу ввод. Это чревато тем, что мы можем выйти за рамки массива, в нашем случае — если введено более 20 символов.
К слову, ранее ошибки переполнения буфера считались самым распространенным типом уязвимости. Они встречаются и сейчас, но использовать их для взлома программ стало гораздо сложнее.
Итак, что мы имеем. У нас есть задача: записать строку в массив ограниченного размера. То есть, мы должны как-то контролировать количество символов, вводимых пользователем. И тут нам на помощь приходит функция fgets :
Функция fgets принимает на вход три аргумента: переменную для записи строки, размер записываемой строки и имя потока, откуда взять данные для записи в строку, в данном случае — stdin . Как вы уже знаете из 3 урока, stdin – это стандартный поток ввода данных, обычно связанный с клавиатурой. Совсем необязательно данные должны поступать именно из потока stdin , в дальнейшем эту функцию мы также будем использовать для чтения данных из файлов.
Если в ходе выполнения этой программы мы введем строку длиннее, чем 10 символов, в массив все равно будут записаны только 9 символов с начала и символ переноса строки, fgets «обрежет» строку под необходимую длину.
Обратите внимание, функция fgets считывает не 10 символов, а 9 ! Как мы помним, в строках последний символ зарезервирован для нуль-символа.
Давайте это проверим. Запустим программу из последнего листинга. И введём строку 1234567890 . На экран выведется строка 123456789 .
Рис.3 Пример работы функции fgets
Возникает вопрос. А куда делся десятый символ? А я отвечу. Он никуда не делся, он остался в потоке ввода. Выполните следующую программу.
Вот результат её работы.
Рис.4 Непустой буфер stdin
Поясню произошедшее. Мы вызвали функцию fgets . Она открыла поток ввода и дождалась пока мы введём данные. Мы ввели с клавиатуры 1234567890\n ( \n я обозначаю нажатие клавиша Enter ). Это отправилось в поток ввода stdin . Функция fgets , как и полагается, взяла из потока ввода первые 9 символов 123456789 , добавила к ним нуль-символ \0 и записала это в строку str . В потоке ввода осталось ещё 0\n .
Далее мы объявляем переменную h . Выводим её значение на экран. После чего вызываем функцию scanf . Тут-то ожидается, что мы можем что-то ввести, но т.к. в потоке ввода висит 0\n , то функция scanf воспринимает это как наш ввод, и записывается 0 в переменную h . Далее мы выводим её на экран.
Это, конечно, не совсем такое поведение, которое мы ожидаем. Чтобы справиться с этой проблемой, необходимо очистить буфер ввода после того, как мы считали из него строку, введённую пользователем. Для этого используется специальная функция fflush . У неё всего один параметр – поток, который нужно очистить.
Исправим последний пример так, чтобы его работа была предсказуемой.
Теперь программа будет работать так, как надо.
Рис.4 Сброс буфера stdin функцией fflush
Подводя итог, можно отметить два факта. Первый. На данный момент использование функции gets является небезопасным, поэтому рекомендуется везде использовать функцию fgets .
Второй. Не забывайте очищать буфер ввода, если используете функцию fgets .
На этом разговор о вводе строк закончен. Идём дальше.
Практика
Решите предложенные задачи:
Для удобства работы сразу переходите в полноэкранный режим 
ввод данных
char *fgets(char *str, int num, FILE *stream) — читает до num-1 символов или пока не встретится '\n' или EOF из потока stream и помещает их в массив символов, на который указывает str. По окончании считывания в массив str сразу после последнего считанного символа помещается нулевой символ.
! Символ '\n' после чтения меньше чем num-1 станет частью массива str.
При вызове fgets(ptr, N — 1, stdin);
где объявлено char ptr[N];
int scanf(const char *управляющая_строка, . ); — читает и интерпретирует вводимые пользователем символы в зависимости от управляющей строки
и возвращает количество тех элементов данных, которым было успешно присвоено значение и в случае ошибки EOF.
Так как читает либо до первого разделителя (' ', '\n', '\t') либо заданное число символов
Поэтому лишние символы ввода после scanf(..) для корректной работы нужно "забрать", например, fgets(str, N — 1, stdin);
и если уверены, что останется только один символ getchar();
Управляющая строка состоит из символов трех видов:
разделителей (пробел, перевод строки, табуляция),
других символов, не являющихся разделителями.
В отличие от scanf scanf_s требу ет , чтобы вы указали размеры буфера для некоторых параметров. Укажите размеры для всех параметров со спецификаторами %c , %C , %s , %S или набора элементов управления строкой [] . Размер буфера в символах передается как дополнительный параметр в функции scanf_s . Он следует сразу за указателем на буфер или переменную.
Для чтения целого числа используйте спецификатор преобразования %d или %i. A для чтения числа с плавающей точкой, представленного в стандартном или экспоненциальном виде, используйте спецификатор преобразования %e, %f или %g. (Кроме того, для чтения числа с плавающей точкой стандарт С99 разрешает использовать также спецификатор преобразования %a.)
Функцию scanf() можно использовать для чтения целых значений в восьмеричной или шестнадцатеричной форме, применяя для этого соответственно команды форматирования %o и %x, последняя из которых может быть как на верхнем, так и на нижнем регистре. Когда вводятся шестнадцатеричные числа, то буквы от А до F, представляющие шестнадцатеричные цифры, должны быть на том же самом регистре, что и литера-спецификатор. Следующая программа читает восьмеричное и шестнадцатеричное число:
Функция scanf() прекращает чтение числа тогда, когда встречается первый нечисловой символ.
Для ввода целого значения без знака используйте спецификатор формата %u. Например, операторы
выполняют считывание целого числа без знака и присваивают его переменной num.
Как уже говорилось в этой главе, одиночные символы можно прочитать с помощью функции getchar() или какой-либо функции, родственной с ней. Для той же цели можно использовать также вызов функции scanf() со спецификатором формата %c. Но, как и большинство реализаций getchar(), функция scanf() при использовании спецификатора преобразования %c обычно будет выполнять построчно буферизованный ввод. В интерактивной среде такая ситуация вызывает определенные трудности.
При чтении одиночного символа символы разделителей читаются так же, как и любой другой символ, хотя при чтении данных других типов разделители интерпретируются как разделители полей. Например, при вводе с входного потока "x y" фрагмент кода
помещает символ x в a, пробел — в b, а символ y — в c.
Для чтения из входного потока строки можно использовать функцию scanf() со спецификатором преобразования %s. Использование спецификатора преобразования %s заставляет scanf() читать символы до тех пор, пока не встретится какой-либо разделитель. Читаемые символы помещаются в символьный массив, на который указывает соответствующий аргумент, а после введенных символов еще добавляется символ конца строки ('0'). Что касается scanf(), то таким разделителем может быть пробел, разделитель строк, табуляция, вертикальная табуляция или подача страницы. В отличие от gets(), которая читает строку, пока не будет нажата клавиша <ENTER>, scanf() читает строку до тех пор, пока не встретится первый разделитель. Это означает, что scanf() нельзя использовать для чтения строки "это испытание", потому что после пробела процесс чтения прекратится. Чтобы увидеть, как действует спецификатор %s, попробуйте при выполнении этой программы ввести строку "привет всем":
printf("Вот Ваша строка: %s", str);
Программа выведет только часть строки, то есть слово привет.
Для ввода какого-либо адреса памяти используйте спецификатор преобразования %p. Этот спецификатор преобразования заставляет функцию scanf() читать адрес в том формате, который определен архитектурой центрального процессора. Например, следующая программа вначале вводит адрес, а затем отображает то, что находится в памяти по этому адресу:
printf("По адресу %p находится %c\n", p, *p);
Спецификатор %n указывает, что scanf() должна поместить количество символов, считанных (до того момента, когда встретился %n) из входного потока в целую переменную, указанную соответствующим аргументом.
Функция scanf() поддерживает спецификатор формата общего назначения, называемый набором сканируемых символов (scanset). Набор сканируемых символовпредставляет собой множество символов. Когда scanf() обрабатывает такое множество, то вводит только те символы, которые входят в набор сканируемых символов. Читаемые символы будут помещаться в массив символов, который указан аргументом, соответствующим набору сканируемых символов. Этот набор определяется следующим образом: все те символы, которые предстоит сканировать, помещают в квадратные скобки. Непосредственно перед открывающей квадратной скобкой должен находиться знак %. Например, следующий набор сканируемых символов дает указание scanf() сканировать только символы X, Y и Z:
При использовании набора сканируемых символов функция scanf() продолжает читать символы, помещая их в соответствующий массив символов, пока не встретится символ, не входящий в этот набор. При возвращении из scanf() в массиве символов будет находиться строка, состоящая из считанных символов, причем эта строка будет заканчиваться символом конца строки. Чтобы увидеть, как это все работает, запустите следующую программу:
char str[80], str2[80];
Введите 123abcdtye, а затем нажмите клавишу <ENTER>. После этого программа выведет 123 abed tye. Так как в данном случае 't' не входит в набор сканируемых символов, то scanf() прекратила чтение символов в переменную str сразу после того, как встретился символ 't'. Оставшиеся символы были помещены в переменную str2.
Кроме того, можно указать набор сканируемых символов, работающий с точностью до наоборот; тогда первым символом в таком наборе должен быть ^. Этот символ дает указание scanf() принимать любой символ, который не входит в набор сканируемых символов.
В большинстве реализаций для указания диапазона можно использовать дефис. Например, указанный ниже набор сканируемых символов дает функции scanf()указание принимать символы от А до Z:
Следует обратить внимание на такой важный момент: набор сканируемых символов чувствителен к регистру букв. Если нужно сканировать буквы и на верхнем, и на нижнем регистре, то их надо указывать отдельно для каждого регистра.
Разделитель в управляющей строке дает scanf() указание пропустить в потоке ввода один или несколько начальных разделителей. Разделителями являются пробелы, табуляции, вертикальные табуляции, подачи страниц и разделители строк. В сущности, один разделитель в управляющей строке заставляет scanf()читать, но не сохранять любое количество (в том числе и нулевое) разделителей, которые находятся перед первым символом, не являющимся разделителем.
Если в управляющей строке находится символ, не являющийся разделителем, то функция scanf() прочитает символ из входного потока, проверит, совпадает ли прочитанный символ с указанным в управляющей строке, и в случае совпадения пропустит прочитанный символ. Например, "%d,%d" заставляет scanf()прочитать целое значение, прочитать запятую и пропустить ее (если это была запятая!), а затем прочитать следующее целое значение. Если же указанный символ во входном потоке не будет найден, то scanf() завершится. Когда нужно прочитать и отбросить знак процента, то в управляющей строке следует указать %%.
Для всех переменных, которые должны получить значения с помощью scanf(), должны быть переданы адреса. Это означает, что все аргументы должны быть указателями. Вспомните, что именно так в С создается вызов по ссылке и именно тогда функция может изменить содержимое аргумента. Например, для считывания целого значения в переменную count можно использовать такой вызов функции scanf():
Строки будут читаться в символьные массивы, а имя массива без индекса является адресом первого его элемента. Таким образом, чтобы прочитать строку в символьный массив, можно использовать оператор
В этом случае str является указателем, и потому перед ним не нужно ставить оператор &.
Как и printf(), функция scanf() дает возможность модифицировать некоторое число своих спецификаторов формата. В спецификаторах формата моно указать модификатор максимальной длины поля. Это целое число, расположенное между % и спецификатором формата; оно ограничивает число символов, считываемых из этого поля. Например, чтобы считывать в переменную str не более 20 символов, пишите
Если поток ввода содержит больше 20 символов, то при следующем вызове функций ввода считывание начнется после того места, где оно закончилось при предыдущем вызове. Например, если вы в ответ на вызов scanf() из этого примера введете
то в str из-за спецификатора максимальной ширины поля будет помещено только 20 символов, то есть символы вплоть до Т. Это значит, что оставшиеся символы UVWXYZ пока еще не прочитаны. При следующем вызове scanf(), например при выполнении оператора
в str будут помешены буквы UVWXYZ. Ввод из поля может завершиться и до того, как будет достигнута максимальная длина поля — если встретится разделитель. В таком случае scanf() переходит к следующему полю.
Чтобы прочитать длинное целое, перед спецификатором формата поместите l (эль). А для чтения короткого целого значения перед спецификатором формата следует поместить n. Эти модификаторы можно использовать со следующими кодами форматов: d, i, o, u, x и n.
По умолчанию спецификаторы f, e и g дают scanf() указание присваивать данные переменной типа float. Если перед одним из этих спецификаторов будет помещен l (эль), то scanf() будет присваивать данные переменной типа double. Использование L дает scanf() указание, чтобы переменная, принимающая данные, имела тип long double.
Если в компиляторе предусмотрена обработка двухбайтовых символов [1] , добавленных в язык С Поправкой 1 от 1995 года, то модификатор l можно также использовать с такими кодами формата, как c и s. l непосредственно перед c является признаком указателя на объект типа wchar_t. А l непосредственно перед s — признак указателя на массив элементов типа wchar_t. Кроме того, l также применяется для модификации набора сканируемых символов, чтобы этот набор можно было использовать для двухбайтовых символов.
В Стандарте С99, кроме перечисленных, предусмотрены также модификаторы ll и hh, последний из которых можно применять к спецификаторам d, i, o, u, xили n. Он является признаком того, что соответствующий аргумент является указателем на значение, типа signed или unsigned char. Кроме того, к спецификаторам d, i, o, u, x и n можно применять и ll, этот спецификатор является признаком того, что соответствующий аргумент является указателем на значение типа signed (или unsigned) long long int.
scanf() может прочитать поле, но не присваивать прочитанное значение никакой переменной; для этого надо перед литерой-спецификатором формата поля поставить звездочку, *. Например, когда выполняется оператор
можно ввести пару координат 10,10. Запятая будет прочитана правильно, но ничему не будет присвоена. Подавление присвоения особенно полезно тогда, когда нужно обработать только часть того, что вводится.