文字列 | Programming Place Plus　C++編【言語解説】　第４章

この章の概要 🔗

この章の概要です。

• C++標準ライブラリの string の利用
  • 初期化
  • 代入
  • 出力
  • 比較
  • 長さを調べる
  • 文字へのアクセス
• string への書き込み (std::ostringstream)
• string からの読み取り (std::istringstream)
• ワイド文字列
• C++11 (生文字列リテラル)
• 練習問題
• 参考リンク
• 更新履歴

関連する話題が、以下のページにあります。

• 標準ライブラリの std::string の詳細について　＞【標準ライブラリ】第２章
• 標準ライブラリの文字列ストリームの詳細について　＞【標準ライブラリ】第２９章

C++標準ライブラリの string の利用 🔗

Ｃ言語で文字列を表現する際には、char型の配列を利用しました（Ｃ言語編第２５章）。この方法は C++ でもそのまま使えますが、C++ の標準ライブラリには、より便利で安全な機能があります。それが、この章のテーマである string です。

まずは、簡単なサンプルプログラムをご覧ください。

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    std::string str1("abcde");
    std::string str2;

    str2 = str1;

    std::cout << str2 << std::endl;
}

実行結果：

abcde

string を使うには、<string> という名前の標準ヘッダをインクルードする必要があります。このヘッダは、Ｃ言語の <string.h> とは異なるものですし、その C++版である <cstring> とも異なります。

string は C++標準ライブラリの１つなので、std名前空間内にあります。ですから使うときは、std::string のように記述します。

当面は、std::string は構造体型のような型の一種であると考えておけば良いです。ですから、std::string型の変数を宣言して使用します。

【上級】std::string は、std::basic_string というクラステンプレートに対する typedef です（第２０章）。

std::string型の内側には、動的にメモリ割り当てを行う char の配列が入っています。そして、必要なタイミングでメモリの割り当てを行い、不要になれば解放を行うという操作が行われます。 そのため、std::string を使うと、文字列の実際の長さを気にする必要がなくなります。

Ｃ言語であれば、メモリの管理を自力で行う必要がありますが、これが自動化されます。これは便利でかつ安全ですから、C++ で文字列を扱うときには原則として、std::string を使うべきです。

【上級】C++11 以降では、std::string の内部に小さな固定長の char型配列があり、文字列が短いときにはこの領域を使うようにして、動的メモリ割り当てを避ける実装になっていることがあります。これは、SSO (Small String Optimization) と呼ばれる最適化手法です。

std::string str1("abcde");
std::string str2;

std::string str3 = "abcde";

str2 = str1;

std::cout << str2 << std::endl;

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    std::string s1("abcde");
    std::string s2("abcde");

    if (s1 == s2) {
        std::cout << "OK" << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "NG" << std::endl;
    }
}

OK

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    std::string str("abcde");

    std::cout << str.size() << std::endl;
    std::cout << str.length() << std::endl;
}

5
5

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    std::string str;
    std::string* p = &str;

    std::cout << str.empty() << std::endl;
    std::cout << p->empty() << std::endl;
}

1
1

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    std::string str("abcde");
    std::cout << str[2] << std::endl;

    str[2] = 'x';
    std::cout << str[2] << std::endl;

    char* p = &str[2];
    *p = '?';
    std::cout << str[2] << std::endl;
}

c
x
?

string への書き込み (std::ostringstream)

Ｃ言語では、sprintf関数を使って、整形された文字列を char型の配列へ書き込むことができました。同様に、std::string に対して書き込みを行いたければ、std::ostringstream を使います。

std::ostringstream を使うには、<sstream> という名前の標準ヘッダをインクルードします。

std::ostringstream の使い方は、std::cout に似せてあります。つまり、書き込みたいものを <<演算子を使って次々に指定すればよいだけです。ただし、std::cout のような事前に定義済みの存在がありませんから、まずは std::ostringstream型の変数を定義することが必要です。

目的は std::string への書き込みですが、文字列はいったん std::ostringstream型の変数に蓄えます。文字列化したい値を次々に std::ostringstream へ送り込んでいくと、その内部に文字列が作られます。最後にその結果を取り出せば目的が果たせるという流れです。

次のサンプルプログラムで確認しましょう。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

int main()
{
    std::ostringstream oss;
    oss << "otringstream sample: " << 123;

    std::string str(oss.str());

    std::cout << str << std::endl;
}

実行結果：

otringstream sample: 123

std::ostringstream型の変数へ、<<演算子で値を引き渡します。連続していくつも渡せますし、型のこともほとんど気にする必要がありません。メモリの割り当ても自動的に行うので、バッファオーバーフローの心配も不要です。

感覚的には std::cout を使うときと同じですが、弾みで最後に改行したり、std::endl を置いたりしないように気を付けましょう。少なくとも、フラッシュの処理は不要です。

std::ostringstream で文字列化された結果は、str関数を使って取り出せます。結果は、std::string型で返されます。

std::ostringstream については、【標準ライブラリ】第２９章で、詳細に説明しています。

string からの読み取り (std::istringstream)

今度は反対に、std::string の内容を読み取る方法です。つまり、Ｃ言語の sscanf関数のような作業を行う方法を確認します。

std::string からの読み取りには、std::istringstream を使います。std::istringstream を使うには、<sstream> という標準ヘッダをインクルードします。

std::istringstream の使い方を、以下のサンプルプログラムで説明します。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

int main()
{
    std::string str("100 2.34");

    std::istringstream iss(str);

    int num;
    double d;
    iss >> num >> d;

    std::cout << num << " " << d << std::endl;
}

実行結果：

100 2.34

まず、読み取り対象の std::string型の変数str を定義しています。

std::istringstream型の変数を定義し、ここで読み取り対象（str）を渡しておきます。こうすると、渡した std::string の内容が std::istringstream の内部へコピーされます。コピーなので、元の std::string の内容を書き換えても影響しません。

その後は、>>演算子を使って、読み取った結果を受け取る変数を指定します。出力のときと比べると、シフト演算子の向きが反対になっています。

なお、空白文字が現れるまでを１つの区切りとして動作します。

細かく動作を調整したければ、標準ライブラリのストリーム処理関連の機能を理解する必要があります。【標準ライブラリ】第２９章、第３０章で取り上げています。

std::istringstream については、【標準ライブラリ】第２９章で、詳細に説明しています。

ワイド文字列 🔗

今度はワイド文字列の話です。

Ｃ言語ではワイド文字列を、wchar_t型の配列を使って表現しました（Ｃ言語編第４７章）。C++ でも同じ方法は使えますが、新しい手段である std::wstring を使った方が良いです。

std::wstring は、std::string と同様に、<string> という標準ヘッダをインクルードして使用します。

機能面では、std::string と std::wstring はまったくの同一です。違いは、１つ１つの文字を char型で表現しているのか、wchar_t型で表現しているかということだけです。

【上級】std::string の正体は std::basic_string<char> であり、std::wstring の正体は std::basic_string<wchar_t> です。どちらも std::basic_string を具体化したものであり、機能面では同一です。

C++ の wchar_t型はＣ言語と違って、キーワードです。何らかのヘッダをインクルードする必要はなく、どこでも使用できます。

Ｃ言語の wchar_t型は typedef された別名であり、wchar.h をインクルードする必要がありますＣ言語編第４７章）。

実際に試してみます。

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    std::wstring str1(L"abcde");
    std::wstring str2;

    str2 = str1;

    std::wcout << str2 << std::endl;
}

実行結果：

abcde

Ｃ言語と同様に、ワイド文字やワイド文字列のリテラルには、Lプリフィックスを付加します。

また、ワイド文字列を標準出力へ出力する際には、std::wcout を使います。

なお、std::ostringstream のワイド文字列版は std::wostringstream、std::istringstream のワイド文字列版は std::wistringstream です。

【上級】std::string、std::wstring の関係性と同じです。たとえば、std::ostringstream の正体は、std::basic_ostringstream<char>、std::wostringstream の正体は、std::basic_ostringstream<wchar_t> です（【標準ライブラリ】第２９章）。

C++11 (生文字列リテラル)

const char* s = "abc\ndef\nghi\njkl\nmlo";  // 5行からなるメッセージ

const char* s = R"(abc
def
ghi
jkl
mno)";

const char* s = R"delimiter(\n)delimiter";

const wchar_t* s1 = LR"(\n)";
const wchar_t* s2 = RL"(\n)";  // コンパイルエラー

練習問題 🔗

問題①　次のプログラムを、std::string を使って書き換えてください。

#include <cstring>
#include <iostream>

namespace {
    void func(const char* s, std::size_t size)
    {
        if (size > 0) {
            std::cout << s << " " << size << std::endl;
        }
        else {
            std::cout << "empty" << std::endl;
        }
    }
}

int main()
{
    char s1[10] = "abcde";
    char s2[10] = "";

    func(s1, std::strlen(s1));
    func(s2, std::strlen(s2));

    std::strcpy(s2, "abcde");
    func(s2, std::strlen(s2));

    if (std::strcmp(s1, s2) == 0) {
        std::cout << "OK" << std::endl;
    }
}

解答ページはこちら。

参考リンク 🔗

• Programming Place Plus　C++編　参考書籍
  　– 当サイトの参考書籍一覧ページ。C++ に関する書籍を多数紹介。
• Programming Place Plus　C++編　リンク集
  　– 当サイトの参考Webサイト集。C++ の全般的な学習に有益なサイトを紹介。

更新履歴 🔗

’2018/7/29　「C++11 (UTF-16、UTF-32 の表現)」の項の内容を削除。同じ内容を解説している Modern C++編のページへのリンクだけを残した。

’2018/7/26　「C++11 (UTF-16、UTF-32 の表現)」の内容を、Ｃ言語編での解説内容に合わせて修正。

’2018/7/16　全体的に見直し修正。
「C++標準ライブラリの string の利用」の後ろにあった「ワイド文字列」の項を、後ろの方へ移動した。

’2018/7/12　「C++標準ライブラリの string の利用」の項の内容を分割して、内容整理。

’2018/4/5　VisualStudio 2013 の対応終了。

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次の章へ　（第５章　標準入出力ストリームの基礎）

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