Ｃ＋＋入門｜stringクラスの便利な使い方

Ｃ＋＋入門｜stringクラスの便利な使い方

文字数を測り、狙った文字を読み取り、必要な部分だけを切り出す。stringを使えば、技名や修行メッセージを自在に操れます。

C++で文字列を扱うときに、よく使われるのがstringクラスです。

これまでのプログラムでも、戦士名、技名、流派名、修行メッセージなどを保存するためにstringを使ってきました。

stringは、文字列を保存するだけの入れ物ではありません。

文字数を調べたり、特定の位置にある文字を取り出したり、文字列の一部分だけを切り出したりできます。

さらに、C言語で使われるchar型の配列からstringへ変換したり、stringの内容をC言語形式の文字列として取り出したりすることもできます。

ドラゴンボール風にたとえるなら、stringは神殿にある文字列解析スカウターです。

技名全体を記録するだけでなく、その技名が何文字あるのかを測定し、特定の位置にある文字を読み取り、必要な部分だけを抽出できます。

今回確認する主な機能は、次のとおりです。

stringクラスを使う準備

stringクラスを使うには、stringヘッダーをインクルードします。

#include <string>

画面に文字列を表示するため、iostreamも使用します。

#include <iostream>

今回のサンプルでは、標準名前空間を使います。

using namespace std;

string型の変数は、次のように宣言して初期化できます。

string techniqueName = "Sky Burst";

この場合、techniqueNameにはSky Burstという文字列が保存されます。

stringはクラスですが、基本的な変数とよく似た感覚で扱えます。

string message;

message = "Training Start";

文字列同士を比較したり、連結したり、さまざまなメンバ関数を呼び出したりできる点が、char型の配列よりも扱いやすいところです。

stringクラスの便利な機能を確認する

最初のサンプルでは、技名としてSky Burstを保存します。

その文字列に対して、次の処理を行います。

文字列全体を表示します。
文字列の長さを調べます。
先頭の文字を取得します。
添字4の文字を取得します。
添字4から5文字を切り出します。

プロジェクト/ファイル名： Chap7_04/technique_string.cpp

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char** argv) {
    // 解析する技名
    string techniqueName = "Sky Burst";

    // 文字列全体を表示する
    cout << "技名[" << techniqueName << "]" << endl;

    // 文字列の長さを取得する
    cout << "文字数:" << techniqueName.length() << endl;

    // 先頭の文字を取得する
    cout << "先頭の文字:" << techniqueName[0] << endl;

    // 添字4の文字を取得する
    cout << "添字4の文字:" << techniqueName[4] << endl;

    // 添字4から5文字を切り出す
    cout << "添字4から5文字:"
         << techniqueName.substr(4, 5) << endl;

    return 0;
}

実行結果

技名[Sky Burst]
文字数:9
先頭の文字:S
添字4の文字:B
添字4から5文字:Burst

Sky Burstは、空白を含めて9文字です。

文字列中の空白も1文字として数えられます。

また、文字列の位置を表す添字は0から始まります。

そのため、先頭のSは添字0です。
空白は添字3です。
Bは添字4です。

図：stringの文字数と添字

この図が示していること

この図では、Sky Burstを1文字ずつ区切り、それぞれの添字を表示しています。

文字列の長さは9です。
添字は0から始まるため、最後の文字tの添字は8になります。

先頭の文字を取得する場合は添字0を使います。
Bを取得する場合は添字4を使います。

lengthで文字列の長さを取得する

文字列の長さを調べるには、lengthを使います。

techniqueName.length()

サンプルで使用している文字列は、次の内容です。

Sky Burst

文字数を分けて確認すると、次のようになります。

S k y   B u r s t
1 2 3 4 5 6 7 8 9

S、k、yの3文字に加えて、空白が1文字あります。

そのあとに、B、u、r、s、tの5文字があります。

したがって、合計は9文字です。

lengthのイメージを図で表すと、次のようになります。

lengthは、文字列に含まれる要素数を返します。

戻り値は整数として扱えます。

cout << techniqueName.length() << endl;

sizeでも文字列の長さを取得できる

stringには、lengthと同じように文字列の長さを返すsizeもあります。

techniqueName.size()

今回の文字列では、どちらも9を返します。

cout << techniqueName.length() << endl;
cout << techniqueName.size() << endl;

実行結果は次のようになります。

9
9

stringでは、lengthとsizeは同じ結果になります。

文字列の長さを調べていることを分かりやすく表現したい場合は、lengthという名前が直感的です。

一方、vectorなどほかのSTLコンテナと書き方をそろえたい場合は、sizeが使われることもあります。

添字を使って特定の文字を取得する

stringでは、配列と同じように角括弧と添字を使って、特定の位置の文字を取得できます。

techniqueName[0]

添字は0から始まります。

Sky Burstの各文字と添字は、次のようになります。

文字    S  k  y  空白  B  u  r  s  t
添字    0  1  2   3    4  5  6  7  8

先頭の文字Sを取得する場合は、添字0を指定します。

techniqueName[0]

添字4を指定すると、Bを取得できます。

techniqueName[4]

特定の位置の文字を取得するイメージは、次のとおりです。

ここで注意したいのは、日常的な数え方と添字の違いです。

添字4のBは、文字列全体では5文字目にあります。
添字は0から始まるため、位置の数え方が1つずれます。

存在しない添字を指定しない

Sky Burstの長さは9なので、有効な添字は0から8までです。

有効な添字：0～8

添字9は文字列の範囲外です。

techniqueName[9]

範囲外の添字を角括弧で指定した場合、安全に文字を取得できる保証はありません。

そのため、添字を使う前に、lengthやsizeで文字列の長さを確認することが大切です。

if (index < techniqueName.length()) {
    cout << techniqueName[index] << endl;
}

このif文では、indexが文字列の長さより小さい場合だけ、文字を取得しています。

atで範囲を確認しながら取得する

特定の位置の文字を取得する方法には、atもあります。

techniqueName.at(4)

この処理では、添字4のBを取得できます。

角括弧とatの大きな違いは、範囲外の位置を指定した場合の動作です。

atは範囲外の位置を指定すると、std::out_of_rangeという例外を送出します。

今回の中心は角括弧による取得ですが、安全性を高めたい場面ではatも利用できます。

substrで文字列の一部分を切り出す

文字列の一部分だけを取得したいときは、substrを使います。

基本的な形は次のとおりです。

文字列.substr(開始位置, 文字数)

第1引数には、切り出しを開始する添字を指定します。

第2引数には、そこから何文字を切り出すかを指定します。

今回のサンプルでは、次のように使用しています。

techniqueName.substr(4, 5)

開始位置は添字4です。

Sky Burstの添字4にある文字はBです。

そこから5文字を切り出すため、結果はBurstになります。

第2引数は終了位置ではありません。

何文字取り出すかを表します。

この点は、間違えやすいので注意しましょう。

図：substrによる部分文字列の切り出し

この図が示していること

この図では、substr(4, 5)によって、添字4から5文字を切り出す流れを表しています。

添字4にあるBから切り出しを開始し、B、u、r、s、tの5文字を取得します。

第2引数の5は、添字5までという意味ではありません。切り出す文字数が5文字という意味です。

substrの第2引数を省略する

substrでは、第2引数を省略することもできます。

techniqueName.substr(4)

この場合、添字4から文字列の最後までを切り出します。

Sky Burstでは、結果はBurstです。

Sky Burst
    ↑
  添字4から最後まで

結果：Burst

途中から末尾までを取り出したい場合は、第2引数を省略すると簡潔に書けます。

stringとchar型文字列の違い

C++では、文字列を扱うためにstringを使えます。

一方、C言語では、一般的にchar型の配列を使って文字列を表します。

char message[] = "Training Start";

C++ではC言語向けの関数やライブラリを利用することもあります。

そのような場面では、char型の文字列とstringの間でデータを受け渡す必要があります。

stringは、長さの管理や連結、比較などをクラス側が行ってくれるため、C++ではとても扱いやすい文字列型です。

char型の配列からstringへ変換する

char型の文字列からstringを作るには、stringのコンストラクタへchar型の文字列を渡します。

char message[] = "Training Start";
string trainingMessage(message);

trainingMessageには、Training Startと同じ内容が保存されます。

この変換は、C言語形式の文字列をC++のstringとして扱いたい場合に便利です。

stringからC言語形式の文字列を取得する

stringの内容をC言語形式で利用したいときは、c_strを使います。

trainingMessage.c_str()

c_strの戻り値は、文字列の内容を指すconst char*です。

読み取り専用なので、取得した文字列の内容を直接書き換えることはできません。

const char* text = trainingMessage.c_str();

printfの%sへ渡すこともできます。

printf("%s\n", trainingMessage.c_str());

char型文字列との変換を確認するサンプル

次のプログラムでは、char型の配列からstringを作り、そのあとstringをc_strでC言語形式の文字列としてprintfへ渡します。

プロジェクト/ファイル名： Chap7_05/string_char_conversion.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>

using namespace std;

int main(int argc, char** argv) {
    // C言語形式のchar型文字列
    char oldMessage[] = "Training Start";

    // char型文字列からstringを生成する
    string trainingMessage(oldMessage);

    // stringとして表示する
    cout << trainingMessage << endl;

    // C++のstringを用意する
    string techniqueMessage = "Power Charge";

    // c_strでC言語形式の文字列を取得して表示する
    printf("%s\n", techniqueMessage.c_str());

    return 0;
}

実行結果

Training Start
Power Charge

char型文字列からstringが作られる流れ

次の配列には、C言語形式の文字列が保存されています。

char oldMessage[] = "Training Start";

このoldMessageをstringのコンストラクタへ渡します。

string trainingMessage(oldMessage);

コンストラクタは、新しいstringオブジェクトを作るときに呼び出される特別な関数です。

この処理によって、oldMessageと同じ内容を持つtrainingMessageが作られます。

char型の文字列
Training Start
       ↓
stringのコンストラクタ
       ↓
string型の文字列
Training Start

stringのコンストラクタには、次のような形式があります。

string(const char* text);

const char*で受け取っているため、渡されたC言語形式の文字列を変更せずに読み取り、stringの内容として保存します。

c_strの戻り値

c_strは、stringが管理している文字列をC言語形式で参照するためのメンバ関数です。

techniqueMessage.c_str()

戻り値はconst char*です。

const char* text = techniqueMessage.c_str();

constが付いているため、textを通して文字列を書き換えることはできません。

text[0] = 'X';

この処理は許可されません。

c_strで取得した文字列は、読み取り専用として扱います。

c_strはchar型の配列を新しく作る処理ではない

c_strは、独立したchar型配列を新しく作って返すわけではありません。

stringが内部で管理している文字列データへのポインタを返します。

そのため、元のstringを変更すると、以前に取得したポインタをそのまま使えない場合があります。

string message = "Power";

const char* text = message.c_str();

// stringの内容を変更する
message += " Charge";

messageの変更によって内部の保存場所が変わると、textが以前指していた場所が無効になる可能性があります。

安全に使うため、c_strで得たポインタは、必要な場所ですぐに利用するのが基本です。

printf("%s\n", message.c_str());

書き換え可能なchar型配列が必要な場合

c_strの戻り値はconst char*なので、内容を変更できません。

書き換え可能なchar型配列が必要な場合は、必要な大きさの配列を用意し、文字列をコピーする処理が必要です。

ただし、単にC言語の表示関数へ文字列を渡すだけなら、c_strで十分です。

図：char型文字列とstringの相互変換

この図が示していること

この図では、char型の文字列からstringを作る流れと、stringからC言語形式の文字列を取り出す流れを表しています。

char型の文字列からstringを作る場合は、stringのコンストラクタへ文字列を渡します。

stringをC言語形式で使う場合は、c_strを呼び出してconst char*を取得します。

c_strで得られる文字列は読み取り専用なので、内容を直接変更できません。

stringを使う利点

stringは、文字列の長さを自分で管理する必要がありません。

char型の配列では、配列の大きさや終端のヌル文字を意識する必要があります。

stringでは、文字列の保存や長さの管理をクラスが行います。

さらに、メンバ関数を使ってさまざまな文字列処理を行えます。

ドラゴンボール風に考えるなら、stringは技名や修行メッセージを管理する高性能な文字列スカウターです。

単に文字を保存するだけでなく、文字数を測り、特定の位置を読み取り、必要な部分を切り出せます。

length、添字、substrの関係

今回の最初のサンプルでは、Sky Burstという文字列を調べました。

lengthによって文字列全体の長さを取得しました。

techniqueName.length()

角括弧によって特定の位置の文字を取得しました。

techniqueName[0]
techniqueName[4]

substrによって文字列の一部分を切り出しました。

techniqueName.substr(4, 5)

これらの処理は、すべて文字列中の位置を使っています。

添字は0から始まるため、文字数と最後の添字は一致しません。

文字数が9なら、最後の添字は8です。

文字数       9
有効な添字   0～8

この関係を理解しておくと、添字やsubstrを正しく使いやすくなります。

stringクラスで身につけたい感覚

stringクラスには、文字列を扱うための便利なメンバ関数が用意されています。

文字列の長さを調べるときはlengthまたはsizeを使います。

techniqueName.length()

特定の位置にある文字を取得するときは、角括弧と添字を使います。

techniqueName[0]

文字列の一部分を切り出すときは、substrを使います。

techniqueName.substr(4, 5)

char型の文字列からstringを作るときは、stringのコンストラクタへ渡します。

string trainingMessage(oldMessage);

stringをC言語形式の文字列として利用するときは、c_strを使います。

printf("%s\n", techniqueMessage.c_str());

c_strの戻り値はconst char*なので、読み取り専用として扱います。

ドラゴンボール風にたとえるなら、lengthは技名の文字数を測るスカウターです。

角括弧は、技名の特定位置へ照準を合わせる機能です。

substrは、技名の中から必要な部分だけを切り出す解析装置です。

c_strは、C++の文字列データをC言語の通信装置でも読める形式へ変換する接続機能です。

stringの便利な機能を使い分けられるようになると、入力された文章の解析、ファイル名の処理、コマンドの判定、メッセージの切り出しなど、さまざまな文字列処理を作れるようになります。