Особенности работы со строками в языке Си

Неформатированные ввод из стандартного потока и вывод в стандартный поток

С помощью функции printf() можно легко вывести на экран строку, содержащую пробелы:

printf("%s", "Hello world");

Ввести строку с пробелами уже сложнее. Для scanf() любой символ пустого пространства является сигналом завершения ввода очередных данных, если только не производится считывание самого символа. Чтобы ввести строку произвольной длины, содержащую пробелы в неизвестных местах, приходится использовать шаблон:

scanf("%[^'\n']", str);

Также на помощь может прийти функция getchar(), осуществляющая посимвольный ввод данных:

#include <stdio.h>
 
int main() {
    char str[20], i;
 
    for (i = 0; (str[i] = getchar()) != '\n'; i++);
    str[i] = '\0';
 
    printf("%s\n", str);
}

В заголовке цикла getchar() возвращает символ, далее записываемый в очередную ячейку массива. После этого элемент массива сравнивается с символом '\n'. Если они равны, то цикл завершается. После цикла символ '\n' в массиве "затирается" символом '\0'. В условии цикла должна быть также предусмотрена проверка на выход за пределы массива; чтобы не усложнять пример, опущена.

Однако в языке программирования C работать со строками можно проще. С помощью функций стандартной библиотеки gets() и puts() получают строку из стандартного потока и выводят в стандартный поток. Буква s в конце слов gets и puts является сокращением от слова string (строка).

В качестве параметров обе функции принимают указатель на массив символов (либо имя массива, либо указатель).

Функция gets() помещает полученные с ввода символы в указанный в качестве аргумента массив. При этом символ перехода на новую строку, который завершает ее работу, игнорируется.

Функция puts() выводит строку на экран и при этом сама добавляет символ перехода на новую строку. Простейший пример использования этих функций выглядит так:

#include <stdio.h>
 
int main() {
    char str[100];
 
    gets(str);
    puts(str);
}

При компиляции данной программы появляется предупреждение об опасности использования gets (но программа скомпилируется и будет работать). Вместо нее рекомендуют использовать функцию fgets. Однако последней кроме указателя на строку также надо передать лимит количества считываемых символов и из какого потока ввода поступают данные. В данном случае ‒ из стандартного ‒ stdin:

#include <stdio.h>
 
#define N 100
 
int main() {
    char str[N];
 
    fgets(str, N, stdin);
    puts(str);
}

При этом в строку помещается и символ перехода на новую строку ‒ '\n'. И только после него символ конца строки ‒ '\0'. Если переход не нужен, от него можно избавиться так:

str[strcspn(str, "\n" )] = '\0';

Итак, если вы работаете со строками, а не другими типами данных, при этом нет необходимости выполнять их посимвольную обработку, то может быть удобнее пользоваться функциями puts и fgets.

Массив символов и указатель на строку

Как мы знаем, строка представляет собой массив символов, последний элемент которого является нулевым символом по таблице ASCII, обозначаемым '\0'. При работе со строками также как с численными массивами можно использовать указатели. Мы можем объявить в программе массив символов, записать туда строку, потом присвоить указателю адрес на первый или любой другой элемент этого массива и работать со строкой через указатель:

char name[30];
char *p;
 
printf("Введите имя и фамилию: ");
fgets(name, sizeof(name), stdin);
 
printf("Имя: ");
for (p = name; *p != ' '; p++)
    putchar(*p);
 
printf("\nФамилия: ");
puts(p + 1);

В заголовке цикла указателю сначала присваивается адрес первого элемента массива, его значение увеличивается до тех пор, пока не встретится пробел. В итоге указатель указывает на пробел, и мы можем получить с его помощью вторую часть строки.

Иногда в программах можно видеть такое объявление и определение переменной-указателя:

char *strP = "Hello World!";

Строку, которая была присвоена не массиву, а указателю, также можно получить, обратившись по указателю:

puts(strP);

Но давайте посмотрим, что же все-таки происходит, и чем такая строка, присвоенная указателю, отличается от строки, присвоенной массиву.

Когда в программе определяются данные и объявляются переменные, то под них отводится память. При этом данные, которые не были присвоены переменным, поменять в процессе выполнения программы уже нельзя.

Что происходит в примере? В программе вводится строковый объект, который по сути является строковой константой (литералом). Ссылка на первый элемент этой строки присваивается указателю. Мы можем менять значение указателя сколько угодно, переходить к любому из элементов константного массива символов или даже начать ссылаться на совершенно другую строку. Но вот поменять значение элементов строки не можем. Это можно доказать таким кодом:

char *strP;
 
// работает, но строку нельзя изменить
strP = "This is a literal";  
 
puts(strP); 
printf("%c\n",strP[3]);
strP[3] = 'z'; // не получится

В последней строке кода возникнет ошибка (при выполнении программы), т.к. совершается попытка изменить строку-константу.

Тем более нельзя делать так:

char *strP;
 
// ошибка сегментирования
scanf("%s",strP); 

В данном случае память не была выделена под массив символов, который мы пытаемся получить функцией scanf(); память была выделена только под указатель. Поэтому записать строку просто некуда. Другое дело, если память была выделена с помощью объявления массива, после чего указателю был присвоен адрес на этот массив:

char str[12];
char *strP; 
strP = str; 
 
// память резервируется под массив ранее  
gets(strP); 
 
puts(strP);

Итак, если вам требуется в программе неизменяемый массив символов, то можете определить его через указатель.

Передача строки в функцию

Передача строки в функцию ничем не отличается от передачи туда массива чисел:

char name[30];
char *p;
 
printf("Введите имя и фамилию: ");
fgets(name, sizeof(name), stdin);
 
printf("Имя: ");
for (p = name; *p != ' '; p++)
    putchar(*p);
 
printf("\nФамилия: ");
puts(p + 1);

В этом примере функция change принимает в качестве аргумента указатель на символ. В теле функции значение указателя инкрементируется, указывая на следующий символ массива. В теле цикла инкрементируется значение, которое находится по адресу, который содержит указатель.

Массив строк и массив указателей

Рассмотрим более сложный пример. Допустим, у нас есть набор строк. Требуется выполнить сортировку строк по возрастанию по признаку длины: сначала вывести самые короткие строки, затем более длинные.

Набор строк можно представить как двумерный массив, т.е. массив, состоящий из одномерных массивов, где каждый одномерный массив — это строка символов:

char str[][10] = {"Hello", "World", "!!!", "&&&"};

Представьте себе, что значит выполнить сортировку строк. Это значит, надо поменять местами содержимое множества ячеек памяти. Это достаточно трудоемкая для компьютера работа, особенно если строк очень много. Однако можно поступить по-иному. Достаточно создать массив указателей, каждый элемент которого будет указывать на соответствующую ему строку первого массива. Далее выполнить сортировку указателей, что несомненно быстрее. Конечно, сам массив строк отсортирован не будет, однако благодаря указателям у нас будет хранится отсортированный "срез" массива:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
#define N 6
#define M 30
 
void sortlen(char *s[]);
 
int main() {
    char strings[N][M];
    char *p[N];
 
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        fgets(strings[i], M, stdin);
        p[i] = &strings[i][0];
    }
    printf("\n");
 
    sortlen(p);
 
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        printf("%s", p[i]);
    }
}
 
// **s == *s[] - массив указателей
void sortlen(char **s) { 
    int i, j;
    char *str;
 
    for (i = 0; i < N-1; i++)
        for (j = 0; j < N-i-1; j++)
            if (strlen(s[j]) > strlen(s[j+1])) {
                str = s[j];
                s[j] = s[j+1];
                s[j+1] = str;
            }             
}

Примечания к программе:

• Функция strlen объявлена в заголовочном файле string.h. Она возвращает длину строки без учета завершающего нулевого символа.
• Сортировка выполняется методом пузырька: если длина строки, на которую ссылается следующий указатель массива s, меньше длины строки под текущим указателем, то значения указателей меняются.
• Выражение p[i] = &strings[i][0] означает, что элементу массива указателей присваивается ссылка на первый символ каждой строки.

Курс с решением задач:
pdf-версия