Запись и считывание символов и строк. Часть 1
Доброго времени суток! Сегодня мы поговорим о строках и символах в Си, и о том, как они передаются в файл.
Сначала немного теории. До этого момента мы уже разбирали, как передавать переменную на вывод с помощью спецификаторов формата (%d, %c и т.д.). А также рассматривали различные методы открытия файлов для записи и чтения. Теперь давайте обобщим все варианты открытия файла и, что значит каждое обозначение.
Режимы чтения и записи файлов
В Си, для открытия файла, используется команда fopen(), в аргументах которого записывается имя файла и обозначение режима записи:
r (r+) — файл открывается для чтения (чтения и записи);
w (w+) — открывается пустой файл для записи (чтения и записи). Если файл с таким именем существует, он стирается;
a (а+) — файл открывается для дополнения в конец (чтения и дополнения).
Спецификаторы
Повторим основную часть для функции scanf():
%c Читает одиночные символы
%d Читает десятичное число
%f Читает число с плавающей запятой
%s Читает строку
Другие функции считывания разберём уже на примерах.
Задачи на запись и считывание строк и символов в Си
Теперь, когда мы всё обобщили приступим к задачам на символы и строки.
Записать в текстовый файл на разных строках 5 слов и 3 числа, закрыть его, а потом дописать туда еще 2 символа.
Данная несложная задача проверяет нас на знание тех самых режимов открытия файлов, о которых мы говорили ранее.
Для работы со строками в Си предусмотрены разнообразные библиотеки с различными функциями. В стандартной библиотеке список таких функций скромен, но в большинстве случаев этого достаточно. gets() аналог функции scanf(), однако, работает он только со строкой. Записывает в указанный аргумент сканируемую им строку из консоли ввода в формате символов.
На самом деле и обычные строки следует воспринимать как обычные одномерные массивы с форматом char. Также следует учесть, что размер массива (у нас char str[200]) должен быть не меньше чем строка, а лучше больше.
Произведена запись в файл считанных с консоли строки и цифр. И закрыли файл. ВСЕГДА закрывайте файл после открытия. иначе это может повлиять на работоспособность вашего компьютера.
Идём по заданию и снова открываем файл. Обращаю внимание на режим открытия файла («a+»), записываем туда 2 символа. И закрываем файл.
Создать вручную англоязычный текстовый файл небольшого объема. Прочитать файл посимвольно и вывести на экран все символы из файла. Пропустив строку, вывести на экран первую и последнюю букву каждой строки в файле.
Так как предстоит более сложная работа со строками, сразу подключим библиотеку string.h
После открытия файла в режиме чтения и инициализации переменных, идёт код, который пригодится вам в будущем. Вывод на экран файла посимвольно! В условии к while указано «пока сканированный символ не означает конец файла». EOF — символ известный в С++ как «\0», означает конец файла.
Условие, используемое при while, такое же как и в предыдущей статье, однако имеет более короткую форму. Функция strlen() из библиотеки string.h позволяет определить длину строки. И представив, что строка — одномерный массив, обратимся к конкретным символам через индекс.
Создать вручную англоязычный текстовый файл небольшого объема. Найти, сколько всего гласных содержится в этом файле. Найти количество гласных в каждой строке файла. Результаты дописать в этот же файл на новой строке.
Перво-наперво, посчитаем количество гласных во всём файле с помощью счётчика vse.
Теперь посчитаем количество строк, чтобы создать одномерный массив с количеством элементов равным количеству строк.
На сегодня всё, если остались вопросы, пишите в комментариях. Вот исходники:
Строки в языке C
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 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:
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 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:
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);
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:
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:
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);
Ввод и вывод символьных строк в Си
Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.
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
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.
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 :
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.
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
Исправим последний пример так, чтобы его работа была предсказуемой.
Теперь программа будет работать так, как надо.
Рис.4 Сброс буфера stdin функцией fflush
На этом разговор о вводе строк закончен. Идём дальше.
Практика
Решите предложенные задачи:
Для удобства работы сразу переходите в полноэкранный режим 
Исследовательские задачи для хакеров
Библиотеки и функции для работы со строками в си
Библиотека string.h предоставляет функции для работы со строками (zero-terminated strings) в си, а также несколько функций для работы с массивами, которые сильно упрощают жизнь. Рассмотрим функции с примерами.
Копирование
Копирует участок памяти из source в destination, размером num байт. Функция очень полезная, с помощью неё, например, можно скопировать объект или перенести участок массива, вместо поэлементного копирования. Функция производит бинарное копирование, тип данных не важен. Например, удалим элемент из массива и сдвинем остаток массива влево.
Функция меняет местами две переменные
Здесь хотелось бы отметить, что функция выделяет память под временную переменную. Это дорогостоящая операция. Для улучшения производительности стоит передавать функции временную переменную, которая будет создана один раз.
Копирует блок памяти из source в destination размером num байт с той разницей, что области могут пересекаться. Во время копирования используется промежуточный буфер, который предотвращает перекрытие областей.
Копирует одну строку в другую, вместе с нулевым символом. Также возвращает указатель на destination.
Можно копировать и по-другому
Копирует только num первых букв строки. 0 в конец не добавляется автоматически. При копировании из строки в эту же строку части не должны пересекаться (при пересечении используйте memmove)
Конкатенация строк
Добавляет в конец destination строку source, при этом затирая первым символом нулевой. Возвращает указатель на destination.
Добавляет в конец строки destination num символов второй строки. В конец добавляется нулевой символ.
Сравнение строк
Возвращает 0, если строки равны, больше нуля, если первая строка больше, меньше нуля, если первая строка меньше. Сравнение строк происходит посимвольно, сравниваются численные значения. Для сравнения строк на определённом языке используется strcoll
Трансформация строки в соответствии с локалью. В строку destination копируется num трансформированных символов строки source и возвращается её длина. Если num == 0 и destination == NULL, то возвращается просто длина строки.
Поиск
Проводит поиск среди первых num байтов участка памяти, на который ссылается ptr, первого вхождения значения value, которое трактуется как unsigned char. Возвращает указатель на найденный элемент, либо NULL.
Возвращает указатель на место первого вхождения character в строку str. Очень похожа на функцию memchr, но работает со строками, а не с произвольным блоком памяти.
Здесь обратите внимание на строку i++ после printf. Если бы её не было, то strcspn возвращал бы всегда 0, потому что в начале строки стояла бы гласная, и произошло зацикливание.
Для решения этой задачи гораздо лучше подошла функция, которая возвращает указатель на первую гласную.
Функция очень похожа на strcspn, только возвращает указатель на первый символ из строки str1, который есть в строке str2. Выведем все гласные в строке
Возвращает указатель на последнее вхождение символа в троку.
Возвращает указатель на первое вхождение строки str2 в строку str1.
Разбивает строку на токены. В данном случае токенами считаются последовательности символов, разделённых символами, входящими в группу разделителей.
Ещё функции
Самая популярная функция
Конверсия число-строка и строка-число.
Переводит строку в целое
Переводит строку в число типа double.
Форматированный ввод и вывод в буфер
Можно также выделить две функции sprintf и sscanf. Они отличаются от printf и scanf тем, что выводят данные и считывают их из буфера. Это, например, позволяет переводить строку в число и число в строку. Например
Работа с локалью
Устанавливает локаль для данного приложения. Если locale равно NULL, то setlocale может быть использована для получения текущей локали.
Локаль хранит информацию о языке и регионе, специфичную для работы функций ввода, вывода и трансформации строк. Во время работы приложения устанавливается локаль под названием «C», которая совпадает с настройками локали по умолчанию. Эта локаль содержит минимум информации, и работа программы максимально предсказуема. Локаль «C» также называется «». Константы category определяют, на что воздействует изменение локали.
| Имя | На что влияет |
|---|---|
| LC_ALL | На всю локаль |
| LC_COLLATE | На поведение strcoll и strxfrm. |
| LC_CTYPE | На поведение функций, работающих с символами. |
| LC_NUMERIC | На десятичный разделитель в числах. |
| LC_TIME | На поведение strftime. |
Строка locale содержит имя локали, например «En_US» или «cp1251»
Функции обработки строк в Cи
В программе строки могут определяться следующим образом:
Кроме того, должно быть предусмотрено выделение памяти для хранения строки.
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.
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:
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:
В этом случае объявление массива переменной m4 может быть присвоен адрес массива:
Для указателя можно использовать операцию увеличения (перемещения на следующий символ):
Массивы символьных строк
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:
Для выделения памяти под хранение строки могут использоваться функции динамического выделения памяти. При этом необходимо учитывать требуемый размер строки:
Функции ввода строк
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 
Основные функции стандартной библиотеки string.h
Основные функции стандартной библиотеки string.h приведены в таблице.
Пример использования функций
Результат выполнения 
