3.4.2. Класс string
Как мы только что видели, применение встроенного строкового типа чревато ошибками и не очень удобно из-за того, что он реализован на слишком низком уровне. Поэтому достаточно распространена разработка собственного класса или классов для представления строкового типа – чуть ли не каждая компания, отдел или индивидуальный проект имели свою собственную реализацию строки. Да что говорить, в предыдущих двух изданиях этой книги мы делали то же самое! Это порождало проблемы совместимости и переносимости программ. Реализация стандартного класса string стандартной библиотекой С++ призвана была положить конец этому изобретению велосипедов.
Попробуем специфицировать минимальный набор операций, которыми должен обладать класс string:
* инициализация массивом символов (строкой встроенного типа) или другим объектом типа string. Встроенный тип не обладает второй возможностью;
* копирование одной строки в другую. Для встроенного типа приходится использовать функцию strcpy();
* доступ к отдельным символам строки для чтения и записи. Во встроенном массиве для этого применяется операция взятия индекса или косвенная адресация;
* сравнение двух строк на равенство. Для встроенного типа используется функция strcmp();
* конкатенация двух строк, получая результат либо как третью строку, либо вместо одной из исходных. Для встроенного типа применяется функция strcat(), однако чтобы получить результат в новой строке, необходимо последовательно задействовать функции strcpy() и strcat();
* вычисление длины строки. Узнать длину строки встроенного типа можно с помощью функции strlen();
возможность узнать, пуста ли строка. У встроенных строк для этой цели приходится проверять два условия:
char str = 0;
//...
if ( ! str || ! *str )
return;
*
Класс string стандартной библиотеки С++ реализует все перечисленные операции (и гораздо больше, как мы увидим в главе 6). В данном разделе мы научимся пользоваться основными операциями этого класса.
Для того чтобы использовать объекты класса string, необходимо включить соответствующий заголовочный файл:
#include string
Вот пример строки из предыдущего раздела, представленной объектом типа string и инициализированной строкой символов:
#include string
string st( "Цена бутылки вина\n" );
Длину строки возвращает функция-член size() (длина не включает завершающий нулевой символ).
cout "Длина "
st
": " st.size()
" символов, включая символ новой строки\n";
Вторая форма определения строки задает пустую строку:
string st2; // пустая строка
Как мы узнаем, пуста ли строка? Конечно, можно сравнить ее длину с 0:
if ( ! st.size() )
// правильно: пустая
Однако есть и специальный метод empty(), возвращающий true для пустой строки и false для непустой:
if ( st.empty() )
// правильно: пустая
Третья форма конструктора инициализирует объект типа string другим объектом того же типа:
string st3( st );
Строка st3 инициализируется строкой st. Как мы можем убедиться, что эти строки совпадают? Воспользуемся оператором сравнения (==):
if ( st == st3 )
// инициализация сработала
Как скопировать одну строку в другую? С помощью обычной операции присваивания:
st2 = st3; // копируем st3 в st2
Для конкатенации строк используется операция сложения (+) или операция сложения с присваиванием (+=). Пусть даны две строки:
string s1( "hello, " );
string s2( "world\n" );
Мы можем получить третью строку, состоящую из конкатенации первых двух, таким образом:
string s3 = s1 + s2;
Если же мы хотим добавить s2 в конец s1, мы должны написать:
s1 += s2;
Операция сложения может конкатенировать объекты класса string не только между собой, но и со строками встроенного типа. Можно переписать пример, приведенный выше, так, чтобы специальные символы и знаки препинания представлялись встроенным типом, а значимые слова – объектами класса string:
const char *pc = ", ";
string s1( "hello" );
string s2( "world" );
string s3 = s1 + pc + s2 + "\n";
Подобные выражения работают потому, что компилятор знает, как автоматически преобразовывать объекты встроенного типа в объекты класса string. Возможно и простое присваивание встроенной строки объекту string:
string s1;
const char *pc = "a character array";
s1 = pc; // правильно
Обратное преобразование, однако, не работает. Попытка выполнить следующую инициализацию строки встроенного типа вызовет ошибку компиляции:
char *str = s1; // ошибка компиляции
Чтобы осуществить такое преобразование, необходимо явно вызвать функцию-член с несколько странным названием c_str():
char *str = s1.c_str(); // почти правильно
Функция c_str() возвращает указатель на символьный массив, содержащий строку объекта string в том виде, в каком она находилась бы во встроенном строковом типе.
Приведенный выше пример инициализации указателя char *str все еще не совсем корректен. c_str() возвращает указатель на константный массив, чтобы предотвратить возможность непосредственной модификации содержимого объекта через этот указатель, имеющий тип
const char *
(В следующем разделе мы расскажем о ключевом слове const). Правильный вариант инициализации выглядит так:
const char *str = s1.c_str(); // правильно
К отдельным символам объекта типа string, как и встроенного типа, можно обращаться с помощью операции взятия индекса. Вот, например, фрагмент кода, заменяющего все точки символами подчеркивания:
string str( "fa.disney.com" );
int size = str.size();
for ( int ix = 0; ix size; ++ix )
if ( str[ ix ] == '.' )
str[ ix ] = '_';
Вот и все, что мы хотели сказать о классе string прямо сейчас. На самом деле, этот класс обладает еще многими интересными свойствами и возможностями. Скажем, предыдущий пример реализуется также вызовом одной-единственной функции replace():
replace( str.begin(), str.end(), '.', '_' );
replace() – один из обобщенных алгоритмов, с которыми мы познакомились в разделе 2.8 и которые будут детально разобраны в главе 12. Эта функция пробегает диапазон от begin() до end(), которые возвращают указатели на начало и конец строки, и заменяет элементы, равные третьему своему параметру, на четвертый.
Упражнение 3.12
Найдите ошибки в приведенных ниже операторах:
(a) char ch = "The long and winding road";
(b) int ival = ch;
(c) char *pc = ival;
(d) string st( ch );
(e) pc = 0; (i) pc = '0';
(f) st = pc; (j) st = ival;
(g) ch = pc[0]; (k) ch = *pc;
(h) pc = st; (l) *pc = ival;
Упражнение 3.13
Объясните разницу в поведении следующих операторов цикла:
while ( st++ )
++cnt;
while ( *st++ )
++cnt;
Упражнение 3.14
Даны две семантически эквивалентные программы. Первая использует встроенный строковый тип, вторая – класс string:
// ***** Реализация с использованием C-строк *****
#include iostream
#include cstring
int main()
{
int errors = 0;
const char *pc = "a very long literal string";
for ( int ix = 0; ix 1000000; ++ix )
{
int len = strlen( pc );
char *pc2 = new char[ len + 1 ];
strcpy( pc2, pc );
if ( strcmp( pc2, pc ))
++errors;
delete [] pc2;
}
cout "C-строки: "
errors " ошибок.\n";
}
// ***** Реализация с использованием класса string *****
#include iostream
#include string
int main()
{
int errors = 0;
string str( "a very long literal string" );
for ( int ix = 0; ix 1000000; ++ix )
{
int len = str.size();
string str2 = str;
if ( str != str2 )
}
cout "класс string: "
errors " ошибок.\n;
}
Что эти программы делают?
Оказывается, вторая реализация выполняется в два раза быстрее первой. Ожидали ли вы такого результата? Как вы его объясните?
Упражнение 3.15
Могли бы вы что-нибудь улучшить или дополнить в наборе операций класса string, приведенных в последнем разделе? Поясните свои предложения
3.5. Спецификатор const
Возьмем следующий пример кода:
for ( int index = 0; index 512; ++index )
... ;
С использованием литерала 512 связаны две проблемы. Первая состоит в легкости восприятия текста программы. Почему верхняя граница переменной цикла должна быть равна именно 512? Что скрывается за этой величиной? Она кажется случайной...
Вторая проблема касается простоты модификации и сопровождения кода. Предположим, программа состоит из 10 000 строк, и литерал 512 встречается в 4% из них. Допустим, в 80% случаев число 512 должно быть изменено на 1024. Способны ли вы представить трудоемкость такой работы и количество ошибок, которые можно сделать, исправив не то значение?
Обе эти проблемы решаются одновременно: нужно создать объект со значением 512. Присвоив ему осмысленное имя, например bufSize, мы сделаем программу гораздо более понятной: ясно, с чем именно сравнивается переменная цикла.
index bufSize
В этом случае изменение размера bufSize не требует просмотра 400 строк кода для модификации 320 из них. Насколько уменьшается вероятность ошибок ценой добавления всего одного объекта! Теперь значение 512 локализовано.
int bufSize = 512; // размер буфера ввода
// ...
for ( int index = 0; index bufSize; ++index )
// ...
Остается одна маленькая проблема: переменная bufSize здесь является l-значением, которое можно случайно изменить в программе, что приведет к трудно отлавливаемой ошибке. Вот одна из распространенных ошибок – использование операции присваивания (=) вместо сравнения (==):
// случайное изменение значения bufSize
if ( bufSize = 1 )
// ...
В результате выполнения этого кода значение bufSize станет равным 1, что может привести к совершенно непредсказуемому поведению программы. Ошибки такого рода обычно очень тяжело обнаружить, поскольку они попросту не видны.
Использование спецификатора const решает данную проблему. Объявив объект как
const int bufSize = 512; // размер буфера ввода
мы превращаем переменную в константу со значением 512, значение которой не может быть изменено: такие попытки пресекаются компилятором: неверное использование оператора присваивания вместо сравнения, как в приведенном примере, вызовет ошибку компиляции.
// ошибка: попытка присваивания значения константе
if ( bufSize = 0 ) ...
Раз константе нельзя присвоить значение, она должна быть инициализирована в месте своего определения. Определение константы без ее инициализации также вызывает ошибку компиляции:
const double pi; // ошибка: неинициализированная константа
Давайте рассуждать дальше. Явная трансформация значения константы пресекается компилятором. Но как быть с косвенной адресацией? Можно ли присвоить адрес константы некоторому указателю?
const double minWage = 9.60;
// правильно? ошибка?
double *ptr = minWage;
Должен ли компилятор разрешить подобное присваивание? Поскольку minWage – константа, ей нельзя присвоить значение. С другой стороны, ничто не запрещает нам написать:
*ptr += 1.40; // изменение объекта minWage!
Как правило, компилятор не в состоянии уберечь от использования указателей и не сможет сигнализировать об ошибке в случае подобного их употребления. Для этого требуется слишком глубокий анализ логики программы. Поэтому компилятор просто запрещает присваивание адресов констант обычным указателям.
Что же, мы лишены возможности использовать указатели на константы? Нет. Для этого существуют указатели, объявленные со спецификатором const:
const double *cptr;
где cptr – указатель на объект типа const double. Тонкость заключается в том, что сам указатель – не константа, а значит, мы можем изменять его значение. Например:
const double *pc = 0;
const double minWage = 9.60;
// правильно: не можем изменять minWage с помощью pc
pc = minWage;
double dval = 3.14;
// правильно: не можем изменять minWage с помощью pc
// хотя dval и не константа
pc = dval; // правильно
dval = 3.14159; //правильно
*pc = 3.14159; // ошибка
Адрес константного объекта присваивается только указателю на константу. Вместе с тем, такому указателю может быть присвоен и адрес обычной переменной:
pc = dval;
Константный указатель не позволяет изменять адресуемый им объект с помощью косвенной адресации. Хотя dval в примере выше и не является константой, компилятор не допустит изменения переменной dval через pc. (Опять-таки потому, что он не в состоянии определить, адрес какого объекта может содержать указатель в произвольный момент выполнения программы.)
В реальных программах указатели на константы чаще всего употребляются как формальные параметры функций. Их использование дает гарантию, что объект, переданный в функцию в качестве фактического аргумента, не будет изменен этой функцией. Например:
// В реальных программах указатели на константы чаще всего
// употребляются как формальные параметры функций
int strcmp( const char *str1, const char *str2 );
(Мы еще поговорим об указателях на константы в главе 7, когда речь пойдет о функциях.)
Существуют и константные указатели. (Обратите внимание на разницу между константным указателем и указателем на константу!). Константный указатель может адресовать как константу, так и переменную. Например:
int errNumb = 0;
int *const currErr = errNumb;
Здесь curErr – константный указатель на неконстантный объект. Это значит, что мы не можем присвоить ему адрес другого объекта, хотя сам объект допускает модификацию. Вот как мог бы быть использован указатель curErr:
do_something();
if ( *curErr ) {
errorHandler();
*curErr = 0; // правильно: обнулим значение errNumb
}
Попытка присвоить значение константному указателю вызовет ошибку компиляции:
curErr = myErNumb; // ошибка