字串String - HackMD

--- GA: G-RZYLL0RZGV --- ###### tags: `大一程設-下` `東華大學` `東華大學資管系` `基本程式概念` `資管經驗分享` 字串String === [toc] 在這篇筆記會介紹 C-string(char array)、string 的應用，同時也會介紹常用到的 function，還有在使用 char array 跟 string 時須注意的細節。 # cstring ## C-string and null character 請務必記得引入函式庫 ```cpp= #include <cstring> ``` ### null character `'\0'` 和一般的陣列相同，C-string的index初始都是0，不同的是，C-string並非使用整數的變數來追蹤目前有多少陣列被使用，而是使用 `'\0'`值放在所有值的最尾端。當電腦在逐一讀取C-string value時，只要它讀到陣列裡的值是`'\0'` ，電腦便會停下來，也因此在使用C-string時，陣列的最後一定是null character。假設程式碼如下，宣告一個名為c的Cstring，長度為5，然而這個程式碼在執行後電腦會報錯。 **報錯資訊:** 初始化給的值對陣列而言太長了。 `c[0]='1'` `c[1]='2'` `c[2]='3'` `c[3]='4'` `c[4]='5'` ``` cpp= #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; int main(){ char c[5]="12345"; cout<<c; } ``` 會發生這樣的問題，就要回到這一節所介紹的null character，由於我們cstring的長度一開始就設好為5，值剛好index是0~4，長度也同樣是5，而電腦在宣告cstring時會自動幫我們補上一個`'\0'`，然而這個範例的陣列並沒有為null character預留長度1空間，因此系統才會報錯。所以當我們將陣列長度改為6，就可以正常執行。 `c[0]='1'` `c[1]='2'` `c[2]='3'` `c[3]='4'` `c[4]='5'` `c[5]='\0'` ``` cpp= #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; int main(){ char c[6]="12345"; cout<<c; if(c[5]=='\0') cout<<endl<<"null character 有在這!"; return 0; } ``` ==**宣告cstring時，長度總是要比需要的長度多1，來存放`'\0'`**== 不只是宣告cstring時需要注意，在更改值時也要特別留意，若我們不小心將上題`c[5]='a'`原本存放null character的位置改成別的字符，雖然程式依舊能執行，但如果有使用到其他的function，而那些function在處理cstring仍需要讀到null character才停止，使用上就會有問題。 ### C-string如何使用在宣告cstring時就和宣告其他型態的陣列差不多 - 宣告陣列 ```cpp= char a[10]; ``` - 宣告陣列時直接給初始值 - 第一種:有給長度 ```cpp= char a[10]="abcde"; ``` - 第二種:沒給初始長度 ```cpp= char a[]="abcde"; ``` 程式跑起來後，電腦會自動幫a這個cstring配置空間，並給予長度6的cstring陣列，長度5給`"abcde"`，而最後一個長度給`'\0'`。 `c[0]='a'` `c[1]='b'` `c[2]='c'` `c[3]='d'` `c[4]='e'` `c[5]='\0'` - 宣告陣列後才給值(需 `#include<cstring>` ) ```cpp= #include<cstring> int main(){ char a[10]; strcpy(a,"abcde"); //將後面的abcde指派給a[10] } return 0; ``` `c[0]='a'` `c[1]='b'` `c[2]='c'` `c[3]='d'` `c[4]='e'` `c[5]='\0'` `c[6]=?` `c[7]=?` `c[8]=?` `c[9]=?` ## cstring function 以下介紹的幾個function皆需使用**cstring**函式庫，為cstring提供不同的功能。 | Function名稱 | 說明 | | ------------ | ---- | | strcpy(cs1, cs2) | 把cs2的字串指派給cs1 | | strcat(cs1, cs2) | 把cs2的字串接在cs1後方 | | strlen(cs1) | **(int型態)** 回傳cs1長度 | | strcmp(cs1, cs2) | 回傳int型態，等於0代表兩字串相同，小於0代表cs1小於cs2，大於0則代表cs1大於cs2| **若你是使用 visual studio，請注意以下事項!!!礙於編輯器的關係，有些 function 的名字有些不同。** * strcpy(cs1, cs2) 在 visual studio 為 strcpy_s(cs1, cs2) * strcat(cs1, cs2) 在 visual studio 為 strcat_s(cs1, cs2) 原因是因為微軟的編輯器對於字串處理比較嚴格，所以在設計上有額外的處理，但 function 的意義跟用法並沒有改變。 --- 由於上面這幾個function都可能存在一些問題，像是無法確認變數是否足夠大可以儲存複製過來的變數，因此根據上面這些function又有了下面的這幾個function，功能差不多，只是下面的function更安全。 | Function名稱 | 說明 | | ------------ | ---- | | strncpy(cs1, cs2 , Length_Limit )| 與strcpy(cs1, cs2)相同， cs2複製給cs1最多Length_Limit個 | ```cpp= char c[]="abcdef",C[]="ABCDEF"; strncpy(c, C , 3); cout<<c; ``` ``` ABCdef ``` --- | Function名稱 | 說明 | | ------------ | ---- | | strncat(cs1, cs2 , Length_Limit )|與strcat(cs1, cs2)相同，取cs2字串Length_Limit個來串接在cs1後方 | ```cpp= char c[]="abcdef",C[]="ABCDEF"; strncat(c, C , 3); cout<<c; ``` ``` abcdefABC ``` --- | Function名稱 | 說明 | | ------------ | ---- | | strncmp(cs1, cs2 , Length_Limit )|與strncmp(cs1, cs2)相同，取cs2字串Length_Limit個跟取cs1字串Length_Limit個來比較| ```cpp= char c[]="abcdef",C[]="abcDEF"; cout<<strncmp(c, C , 3); ``` ``` 0 //比較的結果為相同 ``` --- ## cstring的輸入法 : cin、cin.getline()、get() 想輸入值到cstring變數時，有多種不同的輸入方法。 ### cin 在輸入cstring變數時可以直接寫cin輸入即可，不需要像輸入陣列那般，使用for迴圈來一一輸入值，當然，cin要注意的是，**只要輸入的字串中間有空格(包括`\n`、`\t`)，就會停下**。 --- ```cpp= char b3[]=""; cin>>b3; cout<<b3; ``` **Input:** ``` abc ``` **Output:** ``` abc ``` --- cin輸入的字串，會停在空格之前。 ```cpp= char b[]=""; cin>>b; cout<<b; ``` **Input:** ``` Hello! everyone ``` **Output:** ``` Hello! ``` --- ### cin.getline 可以在輸入cstring時，輸入包含空格符號的字串，遇到換行符號會停下。 - cin.getline(cstring_variable,限制輸入的長度) 當然你也可以宣告長度後，在給陣列值，不過如果出現以下程式碼的情況，就需要留意一下。 ```cpp= char b[3]=""; cin.getline(b,3); //限制只能輸入三位 cout<<b; ``` **Input:** ``` 123 ``` 雖然我們長度設為3，但別忘了電腦在處理cstring時，是去尋找`'\0'`的位置在哪，只要找到那個位置，即是知道這裡是陣列的尾端。因此在輸入cstring時需預留一個空位給電腦，它會自動幫你加在值的最尾端。這也是為什麼我們輸入了三個值`123`，但輸出的結果卻只有`12`。實際上為`12`+`\0`。 **Output:** ``` 12 ``` --- ### cin.get() 會一個一個符號讀使用者輸入的值，可接受空格、`\n`、`\t`。如果讀取成功會回傳非0的值，失敗則回傳0。 - cin.get(cstring_variable) ```cpp= char c; cin.get(c); cout<<c; ``` **Input:** ``` A ``` **Output:** ``` A ``` --- - cin.get(cstring_variable,長度) 限制讀幾個字符 ```cpp= char c[20]; cin.get(c,5); cout<<c; ``` **Input:** ``` 1234567890 ``` 第五個讀入的為'\0' **Output:** ``` 1234 ``` - cin.get(cstring_variable,長度,終止符號) 讀20個字符，但一讀到字符5就停下，字符5並不會被讀入。 ```cpp= char c[20]; cin.get(c,20,'5'); cout<<c; ``` **Input:** ``` 1234567890 ``` **Output:** ``` 1234 ``` --- ## 將cstring轉換成數字需使用cstdlib 函式庫，若我們想將cstring的變數轉換成數字，會用到以下三種作法，差別在資料型態的不同: - atoi cstring-to-**int** ```cpp= char c[20]="123456"; int num = atoi(c); cout<<num; ``` - atol cstring-to-**long** 如果數字太大難以用int來儲存，那你可以考慮使用long。 - atof cstring-to-**double** ```cpp= double y = atof("12.37"); ``` # ------------------------------------------- # String string可直接透過+來串接，+號左方的字串會在前面，+號右方的字串會在後面。 ```cpp= string s,hi="hi",everyone="everyone"; s=hi+" "+everyone; cout<<s; ``` **Output:** ``` hi everyone ``` 但如果將+號左右變數的位置對調 ```cpp= string s,hi="hi",everyone="everyone"; s=everyone+" "+hi; cout<<s; ``` **Output:** ``` everyone hi ``` --- 我們可以把string想成是由多個char array組成的，因此string可以像陣列那般用index來取值。 **範例** ```cpp= string s="Hi"; cout<<s[0]<<endl<<s[1]; ``` **Output:** ``` H i ``` ## string輸入法 ### cin 在string用cin大家應該很熟悉，cin會在遇到空格、換行、tab時停下 ### getline 可以讀空格，遇到換行跟tab會停下。 **要注意的是，如果是string就要使用getline，而上面所介紹的cin.getline就專門用在cstring。** - getline(istream& ,string_variable) ```cpp= string s; getline(cin,s); cout<<s; ``` - getline(istream& ,string_variable,停止符號) 終止符號不會被讀進去。以下範例為輸入一字串遇到字符1就停下，且字符1不會被讀進去。 ```cpp= string s; getline(cin,s,'1'); cout<<s; ``` **Input:** ``` 97531 ``` **Output:** ``` 9753 ``` ## string才可使用的函示庫需要使用到string 函式庫。該函式庫的function不能給cstring使用喔! 請務必記得引入函式庫: ```cpp= #include<string> ``` --- | Function名稱 | 說明| | ------------ | ----------------| | str[i] | 取str字串的第i個值，類似陣列取值 | | `str.at(i)` | 如同陣列取值str[i]，取str陣列的第i個位置，at()會先檢查index是否合理，較str[i]直接取值更安全。 | |str.substr(position,length)|擷取position後的length個str字串。position跟index一樣，從0開始| ### `str[i]` 與 `str.at(i)` 的差異 `str[i]` 不會做 out_of_range 的確認，`str.at(i)` 會，可以試著把以下兩段程式碼分別執行，觀看結果。 #### `str.at[i]` ```cpp= // 我們都知道 a 的索引值不可能到 8 string a = "hello"; cout << a.at(8); ``` ![](https://i.imgur.com/ITzHtRH.png) #### `str[i]` ```cpp= // 我們都知道 a 的索引值不可能到 8 string a = "hello"; cout << a[8]; ``` ![](https://i.imgur.com/ZGmJ1tC.png) ### str.substr() ```cpp= string s="123456789"; cout<<s.substr(0,3); ``` **Output:** ``` 123 ``` --- | Function名稱 | 說明 | | ------------ | ---------------------------------------------------------------------------------------------- | | str.length() | str字串的長度 | | str.empty() | **回傳bool值**。檢查str這個字串是否為空字串，是空字串回傳**true**，不是空字串則回傳**false**。 | | str.insert(pos,str2)|插入str2字串在str的第pos個位置| ```cpp= string num="1234",s="abcd"; cout<<num.insert(0,s); ``` **Output:** ``` abcd1234 ``` --- | Function名稱 | 說明 | | ------------ | ---- | | str.erase(pos,length)| 從str字串的第pos個位置移除length個| ```cpp= string num="1234"; cout<<num.erase(0,2); ``` **Output:** ``` 34 ``` --- | Function名稱 | 說明 | | -------------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | str.find(str1) | 在str字串找str1這個字串的位置，如果有找到則會回傳位置，位置的初始為0。如果沒有找到，則會回傳最大整數string::npos | | str.find(str1,pos)|和str.find(str1)的功能相同，差在是從第pos個位置開始尋找| - 找到的情況:point_down: ```cpp= string s="hello"; cout<<s.find("h"); ``` **Output:** ``` 0 ``` - 沒找到的情況:point_down: ```cpp= string s="hello"; cout<<s.find("0"); ``` **Output:** ``` 18446744073709551615 ``` * 重複的字一律以前面的優先 ```cpp= string s="hello"; cout<<s.find("l"); ``` **Output:** ``` 2 ``` 索引值(index) 為 2 的位置是第一個 `l` 所在的位置，那如果想要找第二個 `l` 怎麼辦?，**必須從第一個 `l` 的索引值加 1 開始往下搜尋** `l` 這個字。像下面這樣。 ```cpp= int main(){ string s="hello"; int pos = 0; pos = s.find("l"); cout << pos << endl; // the first `l` pos = s.find("l", pos+1); cout << pos; // the second 'l' return 0; } ``` **Output:** ``` 2 3 ``` --- | Function名稱| 說明| | --- | ---- | |str.find_first_of(str1)|str1最先出現在str字串的位置| | str.find_first_of(str1,pos) | 從第pos個位置開始找，str1最先出現在str字串的位置 | 雖然`l`有兩個，但只會回傳最先找到的位置。 `s[0]=h` `s[1]=e` `s[2]=l` `s[3]=l` ```cpp= string s="hello"; cout << s.find_first_of("l"); // 印出 2 cout << s.find_first_of("l", 1); // 印出 2 cout << s.find_first_of("l", 2); // 印出 2 cout << s.find_first_of("l", 3); // 印出 3 cout << s.find_first_of("l", 4); // 印出 string::npos ``` --- | Function名稱| 說明| | --- | ---- | |str.find_first_not_of(str1)|最先出現不是str1字串在str字串的位置| | str.find_first_not_of(str1,pos) | 從第pos個位置開始找，回傳最先出現不是str1字串在str字串的位置 | 最先出現不是a的位置是最左邊的b，位置是2。 `s[0]=a` `s[1]=a` `s[2]=b` ```cpp= string s="aabbbcc"; cout<<s.find_first_not_of("a"); ``` **Output:** ``` 2 ``` --- ## 如何將string 轉換成cstring - `string_variable.c_str();` ``` s.c_str() ``` 可將s這個string型態的變數轉成cstring **以下範例為:** 先將s這個string字串轉換成cstring後再複製(等同於assign功能)給cs這個cstring，最後輸出cs。 ```cpp= #include <iostream> #include <string> #include <cstring> using namespace std; int main(){ string s="aabbbcc"; char cs[]="123456"; strcpy(cs,s.c_str()); cout<<cs; return 0; } ``` **Output:** ``` aabbbcc ``` --- # [超級重要!]cstring跟string差異 | 作法 | cstring | String | |:----------------:|:-----------------------------:|:----------------------:| | assign | strcpy() | = | | 輸入法 | cin、cin.getline()、cin.get() | cin、getline()、gets() | | 串接 | strcat() | + | | 比較字串是否相等 | strcmp() | == | | 回傳長度 | strlen() | string.length() | |轉換型態|**cstring-to-整數:** atoi、atof、atol| **string-to-cstring:** string.c_str() | --- # [期中/期末考必考觀念!]字串產生的緩衝區問題 ## cin 與 getline 交互使用產生的緩衝區問題學到字串這一章必須和大家討論的問題之一就是非常有名的「緩衝區」問題。在了解緩衝區之前我們先看一個例子。 ```cpp= int main(){ string a = "", b = ""; cin >> a; // 假設我們「想」輸入 hello 後按下 enter cout << "string a: " << a << endl; getline(cin, b); // 假設我們「想」輸入 world 後按下 enter cout << "string b: " << b << endl; return 0; } ``` 閱讀程式碼，我們「應該」會印出如下內容。 ``` string a: hello string b: world ``` 但很難過的，程式碼輸出如下。 ![](https://i.imgur.com/s3joQdx.png) 相信非常令人納悶，這是為甚麼呢? 原因就是**因為緩衝區內的內容讓我們沒有輸入字串進字串 b**。 ## 解釋緩衝區在講到問題的關鍵之前，請仔細閱讀程式碼，第 3 行使用 cin 來做字串輸入，第 5 行使用 getline() 來做字串輸入。而透過上面的筆記我們都知道 cin 沒有辦法讀入空白、換行等符號，所以當我們第一次輸入 hello 後按下 enter，真的被存進字串 a 的內容是 hello，而 enter 我們都知道它代表 `\n` 換行字串，他其實也是字串，因為 cin 不吃，所以 `\n` 就被丟到了所謂的緩衝區去了。意思就是說，對於沒有讀到的字串，他不會不見，而是會被丟去緩衝區佔存起來，直到有人來把它拿走。接著第 5 行又要執行輸入了，而 getline 可以接收空白字串，這個時候按照一般邏輯，我們應該可以打字輸入字串 b，但其實在輸入前程式會先去看緩衝區內有沒有東西，此時的緩衝區有一個 \n 符號，所以這個換行符號會直接被 getline 先做讀入，因此我們就沒辦法輸入字串了，因為已經執行 \n。照常理我們都知道，做字串輸入的時候一旦按下 enter 表示輸入結束，所以這個緩衝區的換行符號直接做了 enter，所以字串 b 我們根本沒有輸入。根據上面的說明，此時的字串 b 裡面存了甚麼呢? **答案是甚麼都沒有存。** ## 解決緩衝區問題那針對這個問題怎麼解決呢?我們必須使用 cin.ignore() 這個 function 來清空緩衝區，對於上面的例子，我們只需在 cin 結束後下一行，先清空緩衝區即可。 ```cpp= int main(){ string a = "", b = ""; cin >> a; // 我們輸入 hello 後按下 enter cout << "string a: " << a << endl; cin.ignore(); // 清空緩衝區內的 \n 符號 getline(cin, b); // 我們輸入 world 後按下 enter cout << "string b: " << b << endl; return 0; } ``` ![](https://i.imgur.com/SudBh2g.png) 所以針對緩衝區的問題，只要 cin 與 getline 交互使用(一定是 cin 先，再 getline)，就一定要來清空緩衝區，否則會有輸入上的問題。 ## 比較奇特處理緩衝區字串的方法 ### 利用 cin.get() ```cpp= int main(){ string a = "", b = ""; cin >> a; // 我們輸入 hello 後按下 enter cout << "string a: " << a << endl; cin.get(); // cin.get() 會取一個字元，此時緩衝區是一個 \n // 所以會把 \n 取走 getline(cin, b); // 我們輸入 world 後按下 enter cout << "string b: " <> a; // 我們輸入 hello 後按下 enter cout << "string a: " << a << endl; getline(cin, b); // 因為 getline 可以取走緩衝區的 \n getline(cin, b); // 我們輸入 world 後按下 enter cout << "string b: " << b << endl; return 0; } ``` ## 更加認識 getline() 想必 \n 造成的緩衝區問題還是困擾著你們，想必有人會問，那如果連續 getline 兩次，第二個 getline 不是仍舊會吃到第一個字串輸入時的 \n 嗎? 答案是不會，原因是因為 getline 預設是以 `\n` 作為終止字符，而 getline 的終止字符是不會被放進緩衝區的，他會直接被捨棄，但是 cin 會後按下 enter 的 \n 會被放進緩衝區。所以 getline 其實有一個 overloading function `getline(輸入類型, 輸入字串變數, 終止字符)` 預設的 getline 他的終止字符是 `\n`**(字元型別)**，所以我們每次作如下的輸入時， `getline(cin, a)` 其實他都是 `getline(cin , a, '\n')`。那至於你問為什麼 getline 的終止字符不會被放進緩衝區，但 cin 會呢? 這就跟 C++ 背後的運作邏輯有關，我們就不討論。 --- # Reference * [C++ 中的 cin/cin.get()/cin.getline()/getline/getchar()](https://www.itread01.com/content/1543422437.html)