Строки

• Сопровождающие видео:
• Видео про виды памяти

Концепты

• Кодировки, код символа, ASCII
• C-строки, null-termination
• Расположение строковых литералов в памяти
• std::string_view

Примеры на анализ

1. Размер char

std::cout << sizeof(char) << std::endl;

2. Печать символа

char a { '1' };
std::cout << a << std::endl;

3. Символ как число

char a { '1' };
std::cout << static_cast<int>(a) << std::endl;

4. Число как символ

char a { 98 };
std::cout << a << std::endl;

5. Печать адреса массива символов с 0 на конце

std::array<char, 2> s{ 'a', 0 };
char* p{ s.data() };
std::cout << p << std::endl;

6. Печать адреса массива символов с 0 в середине

std::array<char, 5> s{ 'a', 'b', 0, 'c', 'd' };
std::cout << s.data() << std::endl;

7. Печать массива после модификации

std::array<char, 5> s{ 'a', 'b', 'c', 'd', 0 };
std::cout << s.data() << std::endl;
s[1] = 'e';
std::cout << s.data() << std::endl;
s[2] = 0;
std::cout << s.data() << std::endl;

8. Код символа \0

char z{ '\0' };
std::cout << static_cast<int>(z) << std::endl;

9. \0 в массиве

std::array<char, 5> s{ 'a', 'b', '\0', 'c', 'd' };
std::cout << s.data() << std::endl;

10. Silencing warnings about unused variables

Скомпилируйте эту программу с флагом -Wunused и интерпретируйте результат.

int main()
{
    [[maybe_unused]] int a{ 1 };

    int b{ 2 };
    (void) b;

    int c{ 3 };
}

Результат компиляции

Компилятор определяет, что переменные не были нигде использованы, но дает ошибку только для c.

❯ g++ -std=c++20 -Wall -Wconversion -Wextra -Wunused -pedantic test.cpp
test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:7:5: warning: unused variable ‘c’ [-Wunused-variable]
    7 | int c{ 3 };
      |     ^

11. Печать адреса массива символов без 0 на конце

std::array<char, 2> s{ 'a', 'b' };
std::array<char, 2> s1{ '1', '\0' };
(void) s1;
std::cout << s.data() << std::endl;

Ответ

Это UB, но компилятор не определяет этого при компиляции, не давая никаких предупреждений.

Вероятно, переменные будут расположены друг за другом в памяти:

Переменная	s		s1
Символ	a	b	1	'\0'
Код	97	98	49	0

Поскольку печать указателя напечатает все символы от заданного адреса (первый адрес s) до первого 0, напечатается и 1 из массива s1 до \0 из массива s1. Если бы в s1 не было \0 на конце, печать бы продолжилась до первого нулевого байта после памяти переменной s1, что печатало бы данные оставшиеся там от предыдущего использования этой памяти.

12. Строка как массив

char s[]{ "12" };
size_t count{ sizeof(s) }; // sizeof(char) == 1
std::cout << count << std::endl;
std::cout << s << std::endl;
std::cout << static_cast<int>(s[count - 1]) << std::endl;

Ответ

s будет состоять из 3 символов, а не 2! Когда строковый литерал используется для инициализации массива, он автоматически включает \0 на конце.

13. Строка с \0 как массив

char s[]{ "12\0" };
std::cout << sizeof(s) << std::endl;

Ответ

s будет состоять из 4 символов! Немотря на то, что на конце у s уже и так есть нулевой байт, компилятор добавит еще один.

14. \0 pitfalls

char arr[]{ "1\023" };
std::cout << sizeof(arr) << std::endl;

Объяснение

Здесь \0 воспринимается вместе с 23 как одно целое, представляя код символа в 8-чной системе счисления.

Чтобы вставить \0 здесь во вторую позицию, можно использовать конкатенацию строковых литералов:

char arr[]{ "1\0" "23" };

15. std::to_array (1)

auto s{ std::to_array("abc") };
std::cout << s.size() << std::endl;

16. std::to_array (2)

auto s{ std::to_array("a\0bc") };
std::cout << s.size() << std::endl;

17. const char*

• Где хранятся символы строки?
• Почему необходим const?
• Как получить длину строки?

const char* s{ "123" };
std::cout << s << std::endl;

Где хранятся символы

Символы попадают в статическую память. Указатель на начало этого блока памяти с символами строки хранится в стеке в переменной s.

Почему const?

Зачастую, строки попадают в readonly память, которую программе не позволительно изменять. Это так сделано специально, потому что строки литералов фиксированы, поскольку они общие. Чтобы гарантировано работать с ожидаемой строкой при использовании литерала, они должны быть защищены от модификаций.

В следующем примере, адреса в a и b будут те же:

const char* a{ "123" };
const char* b{ "123" };
std::cout << static_cast<void*>(a) << std::endl;
std::cout << static_cast<void*>(b) << std::endl;

Длина строки

sizeof(s) здесь дает размер объекта s, смотря на его тип, const char*. А любой указатель занимает 8 байтов.

sizeof(s) здесь не даст длину строки, потому что буфер с символами это не объект (не имеет длину, известную во время компиляции).

Чтобы получить длину строки, нужно пройтись по ее байтам в поиске конца строки (нулевого символа), ведя счет по ходу ее прохождения. Однако это может не дать реальную длину строки, если в середине строки есть нулевой символ. Поэтому в C++ невозможно получить реальную длину строки из const char*.

Можно получить длину литерала, если создать ссылку на него до того, как прозошел decay в const char*:

// Размер есть в типе, можно использовать как указатель.
const char(&s)[4]{"123"};

// Сам определяет тип const char(&)[4] из строки.
auto& s{"123"};

18. Сравнение строк (1)

const char* a{ "123" };
auto b{ std::to_array("123") };
const char* bp{ b.data() };
if (a == bp)
{
    std::cout << "Equal" << std::endl;
}
else
{
    std::cout << "Not Equal" << std::endl;
}

19. Сравнение строк (2)

#include <iostream>
#include <array>
#include <cstring>

int main()
{
    const char* a{ "123" };
    auto b{ std::to_array("123") };
    const char* bp{ b.data() };
    if (std::strcmp(a, b) == 0)
    {
        std::cout << "Equal" << std::endl;
    }
    else
    {
        std::cout << "Not Equal" << std::endl;
    }
}

20. std::string_view после модификации источника

std::array<char, 4> arr{ "123" };
std::string_view v{ arr.data(), 3 };
arr[0] = 'a';
std::cout << v << std::endl;

21. std::string_view применим для любой памяти

#include <iostream>
#include <string_view>
#include <array>

void usage(std::string_view v)
{
    std::cout << v.size() << std::endl;
    std::cout << v << std::endl;
}

int main()
{
    {
        std::array<char, 3> s{ 'a', 'b', 'c' };
        usage({ s.data(), s.size() });
    }
    {
        auto s{ std::to_array("abc") };
        usage({ s.data() });
    }
    {
        char s[]{ "abc" };
        usage({ s });
    }
    {
        auto& s{ "abc" };
        usage({ s });
    }
    {
        const char* s{ "abc" };
        usage({ s });
    }
}

22. std::string_view определяет длину при создании

Если длина строки не задана вручную, std::string_view при создании попытается ее определить, проходя по строке до обнаружения нулевого байта, даже если тип передаваемого параметра содержит эту информацию.

Этого не произойдет только при создании std::string_view из другого std::string_view.

#include <iostream>
#include <string_view>
#include <array>

void usage(std::string_view v)
{
    std::cout << v.size() << std::endl;
    std::cout << v << std::endl;
}

int main()
{
    {
        std::array<char, 3> s{ 'a', '\0', 'c' };
        usage({ s.data(), s.size() });
    }
    {
        auto s{ std::to_array("a\0c") };
        usage({ s.data() });
    }
    {
        char s[]{ "a\0c" };
        usage({ s });
    }
    {
        auto& s{ "a\0c" };
        usage({ s });
    }
    {
        const char* s{ "a\0c" };
        usage({ s });
    }
    {
        std::string_view s{ "a\0c", 3 };
        usage({ s }); // 3
    }
}

23. Сравнение строк через std::string_view

auto s1{ std::to_array("abc") };
auto& s2{ "abc" };

std::string_view v1{ s1.data(), s1.size() - 1 };
std::string_view v2{ s2, sizeof(s2) - 1 };

if (v1 == v2)
{
    std::cout << "Equal" << std::endl;
}
else
{
    std::cout << "Not Equal" << std::endl;
}

Подсчет символа 1

Сделайте функцию, которая считает сколько символов 1 в строке (std::string_view).

Сделайте несколько тестов для всех случаев (ни одной 1, несколько 1, все 1) используя assert.

Пример

void runTests()
{
    assert(countOnes("001100") == 2);
    // ...
}

Получение слова

Сделайте функцию, которая находит в строке , и выдает кусок строки от позиции после этой позиции до следующего . Если следующего нет, пускай выдает остальную часть строки.

Сделайте тесты, как в прошлом задании.

Примеры:

secondWord("Hello world") == "world"
secondWord("Hello my dear") == "my"
secondWord("Hello") == ""
secondWord("") == ""
secondWord(" ") == ""
secondWord(" a ") == "a"
secondWord("a  ") == ""
secondWord("a  b") == ""
secondWord("hello     world    dear") == ""