Lekce 8 - Textové řetězce v jazyce C

V předešlém cvičení, Řešené úlohy k 7. lekci Céčka, jsme si procvičili nabyté zkušenosti z předchozích lekcí.

Až doposud jsme se v našem kurzu programovacího jazyka C úspěšně vyhýbali textovým řetězcům a pracovali jsme pouze s čísly a znaky. V naprosté většině reálných aplikací ovšem figurují víceznakové texty. Těm se v programování říká textové řetězce (jelikož se jedná o řetěz znaků) nebo někdy jen řetězce. Důvodem odložení tohoto tématu je, že jazyk C jako nízký jazyk žádný datový typ pro řetězce nemá a vlastně s nimi téměř nepočítá. S textem však v céčku můžeme běžně pracovat, jen je to komplikovanější.

Pole znaků

S řetězci lze v céčku pracovat několika způsoby. My si v tomto dílu uvedeme zatím ten nejjednodušší, tzv. statický řetězec, kterým je pole charů. Když budeme chtít uložit do proměnné textový řetězec "itnetwork", potřebujeme v paměti vytvořit následující pole typu char (znak):

V každé přihrádce pole je uložený jeden znak. Všimněte si ovšem, že poslední přihrádka je navíc a obsahuje znak \0, což je tzv. nulový znak. Tím musí končit všechny textové řetězce. Ačkoli totiž céčko jako jazyk textové řetězce nepodporuje, obsahuje standardní knihovny, které s nimi pracují. A proto musíme řetězce ukládat tak, jak se předpokládá, že budou vypadat. Pole s řetězcem tedy musí být vždy o 1 delší, než je délka textu, který do něj vkládáme!.

Pozn.: Ačkoli je to nad rámec této lekce, uveďme si, že nulový znak je na konci řetězce z toho důvodu, abychom poznali, kde řetězec končí. Kromě statických polí můžeme totiž řetězce ukládat pomocí ukazatelů jako libovolně dlouhé úseky v paměti, kde se bez této berličky neobejdeme. Tento způsob si ukážeme dále v seriálu. Druhým způsobem, jak označit konec řetězce, je uložit jeho délku před první znak. Tento systém se používal např. v jazyce Pascal, mnohem častěji se však používá ukončení nulovým znakem.

Vytvořme si jednoduchý příklad. Do proměnné si uložme nějaký text a ten následně vypišme do konzole:

{C_CONSOLE}
char text[5] = {'d', 'u', 'h', 'a', '\0'};
printf("%s", text);
{/C_CONSOLE}

Výsledek:

Konzolová aplikace
duha

Dobrá zpráva je, že jazyk C nám umožňuje zadávat text v uvozovkách, který následně nahradí tzv. řetězcovou konstantou (polem charů, zakončeným znakem \0). Kód výše můžeme přepsat na tuto podobu:

{C_CONSOLE}
char text[5] = "duha";
printf("%s", text);
{/C_CONSOLE}

Všimněte si, že pole musí mít stále délku 5, i když má duha 4 písmena. Když bude ještě delší, nebude to vadit. Dokonce na céčku můžeme nechat zjištění délky textu:

{C_CONSOLE}
char text[] = "duha";
printf("%s", text);
{/C_CONSOLE}

Co již bohužel nefunguje je přiřazení řetězcové konstanty do již existujícího pole:

char text[5];
text = "duha"; // Tento řádek způsobí chybu
printf("%s", text);

Je to kvůli tomu, že nelze přiřadit pole do pole. Nic nám ovšem nebrání přiřadit jednotlivé znaky pomocí cyklu nebo použít funkce pro kopírování řetězců, viz. dále.

Práce s jednotlivými znaky

S řetězcem můžeme zacházet úplně stejně jako s polem, protože polem je Není tedy problém vypsat např. 1. znak nebo jej změnit, případně řetězec zkrátit:

{C_CONSOLE}
char text[] = "duha";
text[0] = 'h';
text[3] = '\0';
printf("%s", text);
{/C_CONSOLE}

Výsledek:

Konzolová aplikace
huh

Změnou čtvrtého znaku na \0 jsme docílili ukončení řetězce před tímto znakem. Na nulový znak si dejte při editaci znaků řetězce pozor, když na něj zapomenete, program nebude vědět kde řetězec končí a dostanete se do paměti, která vám nepatří.

Čtení/výpis řetězce

Řetězce můžeme jednoduše načítat/vypisovat jako jsme byli zvyklí doposud, použijeme k tomu formátovací sekvenci %s. Proměnnou pro řetězec založíme jako pole charů a určíme si nějakou maximální velikost, např. 50 znaků (což je velikost 51). U parametrů typu %s vypouštíme před proměnnou znak &, jelikož s polem předáváme rovnou jeho adresu.

Následující program si nechá zadat vaše jméno a následně vás pozdraví:

{C_CONSOLE}
printf("Zadej své jméno: ");
char jmeno[51];
scanf("%50s", jmeno);
printf("Ahoj uživateli %s, vítám tě!", jmeno);
{/C_CONSOLE}

Všimněte si, že ve formátovacím řetězci funkce scanf() je uvedena i maximální délka načítaného řetězce. Když bychom ji nezadali a natrefili na exotického uživatele nebo jen na záškodníka, došlo by k přetečení pole a rozbití programu.

Funkce scanf() text bohužel přeruší se zadáním mezery. Abychom mohli načíst např. Jan Novák" do jedné proměnné, upravíme formátovací řetězec ještě tak, aby načítal vše kromě konce řádku. Upravte si řádku s načítáním do této podoby (mezera na začátku je opravdu důležitá, protože v bufferu nenechá bílé znaky):

{C_CONSOLE}

printf("Zadej své jméno: ");
char jmeno[51];

scanf(" %50[^\n]s", jmeno);

printf("Ahoj uživateli %s, vítám tě!", jmeno);

{/C_CONSOLE}

Někdy můžete při načítání textu z konzole narazit na použití funkcí gets() nebo fgets(). Funkci gets() se vyhněte, jelikož neumožňuje omezit délku načítaného řetězce a fgets() se musí přesměrovat na standardní vstup. Se scanf() si bohatě vystačíme.

Standardní funkce pro práci s řetězci

Specifikace jazyka C nám poskytuje mnoho připravených funkcí pro práci s řetězci, které zjednoduší naše programy. Pro práci s nimi musíme na začátek souboru přidat vložení hlavičkového souboru string.h:

#include <string.h>

Pozn.: Protože jsou funkce pojmenovány pomocí zkratek, uvádím vždy i z čeho název vychází pro lepší zapamatování.

strlen() - STRing LENgth

Délku řetězce můžeme zjistit pomocí strlen(). Jedná se o délku viditelné části bez znaku \0.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    printf("%d", strlen("duha")); // vrátí 4
    return (EXIT_SUCCESS);
}

strcat() - STRing conCATenate

2 textové řetězce můžeme spojit do jednoho pomocí funkce strcat(). Dejte pozor, aby byl v prvním řetězci dostatek místa.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{

char text[20] = "duha";
strcat(text, " je na nebi"); // uloží do text "duha je na nebi"
printf("%s", text);

    return (EXIT_SUCCESS);
}

strcpy() - STRing CoPY

Jelikož pole nelze jednoduše celá kopírovat, je nám poskytnuta tato funkce, která naklonuje textový řetězec do jiné proměnné.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{

char text[5];
strcpy(text, "duha");
printf("%s", text);

    return (EXIT_SUCCESS);
}

strchr() - STRing CHaR

V textu si můžeme nechat vyhledat nějaký znak. Céčko ho od začátku do konce prohledá a pokud znak nalezne, vrátí na něj tzv. ukazatel. I když ty ještě neumíme, bude nám stačit, že když od této hodnoty odečteme řetězec, získáme pozici, na které se znak nachází. Pokud text znak neobsahuje, získáme hodnotu NULL.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char** argv) {
    char text[] = "Pan X znovu udeřil.";
    char *p = strchr(text, 'X'); // Zjistíme pozici znaku 'X' v textu
    int pozice = p - text;
    if (p != NULL)
    {
        printf("Nalezeno na pozici %d", pozice);
    }
    else
    {
        printf("Nenalezeno");
    }
    return (EXIT_SUCCESS);
}

Asi vás nepřekvapí, že se pozice indexuje od nuly.

strstr() - STRing subSTRing

Úplně stejně, jako můžeme vyhledat jeden znak, můžeme vyhledat i řetězec v řetězci. O tom dále hovoříme jako o tzv. podřetězci. Funkce se používá analogicky s funkcí strchr().

strcmp() - STRing CoMPare

Porovná 2 řetězce podle abecedy a vrátí záporné číslo pokud je první před druhým, 0 pokud jsou stejné a kladné číslo pokud je první za druhým.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{

printf("%d", strcmp("akát", "blýskavice")); // vrátí záporné číslo

    return (EXIT_SUCCESS);
}

Funkce pro práci s řetězci můžeme nalézt také v dalších variantách. Pokud chceme, aby céčko pracovalo s řetězcem odzadu (např. vyhledávalo od konce), vyskytuje se v názvu funkce písmeno r (jako reverse). Takovou funkcí je např. strrchr(). Další varianty funkcí mají v názvu navíc písmeno n (jako number) a přijímají navíc další parametr. Ten udává limit znaků, které funkce v řetězci zpracovávají. Pokud je řetězec delší, vrátí jen jeho část, useknutou na maximální počet znaků. Pozor, tato část neobsahuje znak \0. Příkladem takové funkce budiž strncat().

V příští lekci, Textové řetězce v jazyce C podruhé - Práce se znaky, budeme s textovými řetězci v jazyce C pokračovat, ukážeme si jak pracovat s jednotlivými znaky.