第 11 章 字串

本章提要 11-1 C++ 標準中的字串類別 11-2 字串處理函式 11-3 字串與字元陣列 11-4 綜合演練

11-1 C++ 標準中的字串類別 在 C++ 標準中, 已預先定義了兩個專用來存放字串的類別：string、wstring, 前者是以 char 為單位來存放字串中的字元, 而 wstring 則是以 wchar_t 為單位來存放字元。要使用這兩個類別, 只需在程式開頭含括 <string> 這個檔案即可。

<string> 及字串類別 其實在 <string> 中定義的是一個稱為 basic_string 的樣版 (template), 簡單的說, 樣版可讓我們能產生行為相同、但資料成員型別不同的類別。 在 <string> 中就是用 basic_string 樣版定義出兩個專用來存放字串的類別： string：以 char 為單位來存放字串中的字元。 wstring：以 wchar_t 為單位來存放字串中的字元。

<string> 及字串類別 除了用以存放的字元的基本資料型別不同外, 這兩個類別都擁有功能相同的成員函式。但由於 wchar_t 的使用較不普遍, 所以 wstring 類別也較少人使用。 另外在 <string> 中也定義了幾個識別字, 主要是用於宣告函式的參數型別及代表特殊數值, 其中有兩個是稍後介紹成員函式時會用到的： size_type：代表字串大小或索引值的數值型別, 通常等同於 unsigned int 型別。 npos：靜態變數, 其值為 -1。

定義字串 要用 string 類別物件存放字串, 當然要用到其建構函式來建構物件, string 類別已提供了相當多種的字串建構方式, 包括從字元陣列、另一個字串物件、字元等多種方法建構字串物件：

定義字串 其中第 3 個函式可取參數字串中的部份內容來建立新字串, 此時 pos 參數所指的起始字元, 其算法和陣列元素索引一樣, 都是從 0 開始算起。例如要取第 3 個字開始的子字串時, 參數 pos 需為 2 而不是 3。 以下我們就透過範例來熟悉這些建構函式的用法：

定義字串

array array[[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] H a p y n e w r ! str str[1] str[0] str[3] str[2] str[4] “” “xxxxxxxxxx” “Happy new year!” “Happy” “new”

size() 及 length() 成員函式都是傳回字串的大小 定義字串 size() 及 length() 成員函式都是傳回字串的大小

定義字串 1. 第 7 行定義字元陣列字串 array, 以下敘述會以此字元陣列的內容建構 string 物件。 2. 第 8、12 行定義含 5 個元素的 string 物件陣列。其中第 10 行為取 array 前 5 個字元；第 11 行則是 取 array 中第 7 個字開始的 3 個字元；第 12 行是建立由 10 個 'x' 組成的字串。 3. 第 14～19 行的迴圈則是依序輸出各字串的內容及其大小資訊。 4. 第 15 行, 因 C++ 已替 string 多載 << 運算子的夥伴函式, 所以可直接用串流物件輸出字串內容。

定義字串 5. 第 17、18 行呼叫的 size() 及 length() 成員函式都是傳回字串的大小。 從執行結果可發現, 用 sizeof() 運算子查看各物件的大小時, 都是得到 28 (位元組), 而非字串的實際大小, 因此 string 類別特別提供了 size() 及 length() 這兩個可傳回字串中字元總數的成員函式。請注意, 中文字會被視為 2 個字元。

#include<iostream> #include<string> using namespace std; int main() { char array_chiness[] = "中文字元顯示之測試"; string str1[] = { string(), // 空的字串物件 string(array_chiness), // 從字元陣列建立字串 string(array_chiness,6), string(array_chiness,6,4), string(5, 'y')}; // 從字元建立字串 for(int i=0;i<5;i++) { cout << "str1[" << i << ']' << "的內容為：" << str1[i] << endl << "\tsizeof()：" << sizeof(str1[i]) // 顯示物件大小 << "\tsize()：" << str1[i].size() // 顯示字串大小 << "\tlength()：" << str1[i].length() << endl;//字串長度 }

中 文 字 元 顯 示 之 測 試 array_chiness [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] 中 文 字 元 顯 示 之 測 試 str1 str1[1] str1[3] str1[0] str1[2] str1[4] “” "中文字元顯示之測試" “中文字” “元顯” “yyyyy”

基本操作 認識如何建構 string 物件後, 接著介紹一些操 作 string 物件的成員函式, 讓大家可更善用 string 類別。 控制字串大小 變更字串 取得及修改字元 清除及刪除字串內容 字串比較 取子字串

控制字串大小 除了 size() 及 length() 成員函式外, string 類別還有幾個與字串大小 / 量相關的成員函式： 請注意, max_size() 所傳回的容量是理論值, 並非系統實際可存放的大小, 由以下這個範例可體會此一現實：

加入 << s1.length() << endl 控制字串大小 除了不滿15個字元會預先配置15個字元的空間外, 超過部份會以16個字元為單位, 來配置新的空間。 加入 << s1.length() << endl

控制字串大小 15 + 16 相當於4G, 約4*109

控制字串大小 第 9 行 max_size() 傳回的數字相當於是 4G, 相信很少有人的電腦有配備這麼多的記憶體, 所以我們也不可能配置這麼大的字串物件。 另外由第 14 行的輸出結果也可發現一樣有趣的事實：雖然 s2 是沒有內容的空字串, 但建構函式仍預先為它配置了可存放 15 個字元的空間。這是因為 string 字串物件可隨時變更字串的內容及大小, 為了避免在程式執行過程中, 不斷地變更字串, 導致程式需反覆重新配置空間來存放字串而降低程式效能,

控制字串大小 所以 string 類別設計成一開始就配置一定的儲存空間, 以備不時之需。當然若新的字串大於預留的儲存空間, string 物件仍是要重新配置記憶體。 因此 string 類別提供了一 個 reserve() 成員函式, 可預先保留存放字串的空間, 如此就不必在字串變大時又需臨時配置空間, 對於在程式執行過程中, 可能會不斷加大字串長度的程式, 善加應用此成員函式可改善程式的執行效率：

控制字串大小 上面列出另一 個 resize() 函式, 表面上看起來其功用和 reserve() 一樣, 但 reserve() 的目的是預先保留空間給物件, 所以它不會影響目前字串的內容 (長度)；而 resize() 則會強制變更字串大小 (長度)：若 resize() 成比現存字串長度還小, 將會使原字串後多出的部份被刪除；若是 resize() 成比現存字串長度還大, 則會在字串後面補上空白字元。請參考以下範例： void reserve(size_type n) //保留至少n字元數給物件 void resize(size_type n) //變更字串大小成n個字元

控制字串大小 預留15個字元的空間 15 + 16

控制字串大小 15 + 16 + 16 用 reserve() 保留額外空間後, s 的內容仍是空字串, 所以傳回的字串大小仍為 0

控制字串大小

控制字串大小 1. 在第 11、13 行呼叫 reserve() 函式保留更多空間給字串物件, 但由執行結果可發現, string 物件並不會完全照參數指定的大小來配置空間, 而是每次都以 16 個字元為單位來配置新的空間, 所以 reserve(30) 得到的大小是 31 (15+16)；reserve(40) 得到的則是 47 (31+16)。 2. 用 reserve() 保留額外空間後, s 的內容仍是空字串, 所以第 15 行呼叫 size() 傳回的字串大小仍為 0。

控制字串大小 3. 第 17、19 行呼叫 reserve()、resize() 成員函式時所設的參數值都小於字串中的字數, 結果 reserve() 並未動到字串, 但 resize() 則讓字串只剩下指定的字元數。 4. 第 22 行將字串大小變成 150, 隨即輸出字串時, 看似字串沒有變動, 其實字串後面多出了一串空白字元, 使得整個輸出多達 3 行。且第 24 行呼叫 size() 傳回的字串大小也變成 150。

變更字串 resize() 的主要功能是調整大小, 使字串變短只是可能的附帶效果, 若單純要變動字串內容, 可使用其它的成員函式。其中一類是直接指定新字串內容給物件, 包括：

變更字串 = 及 += 的用法應不必多說明, 只要在等號右邊放另一 個 string 物件、字元指標 (或陣列) 或字元, 即可將其內容指定給字串物件, 或是附加到原有的物件後面。至於 assign()、append() 成員函式的用途也和對應的多載運算子相同, 只不過它們的用法更具彈性, 其多載版本比較像 string 建構函式, 例如可在參數中指定取來源字串的部份內容來建構新字串, 例如：

變更字串 append() 函式也具有相同的多載版本, 此處就不一一列出, 請參考以下應用實例：

變更字串

變更字串 1 3 2 5 8 7 4 6

變更字串 此外上列的多載運算子及成員函式都有一項特點, 就是它們都是傳回物件的參考, 所以可以串接使用, 舉例來說, 第 13、15 行的敘述可以合在一起成為：

取得及修改字元 string 類別也提供類似字元陣列的方法, 可讓我們取得指定位置的字元並修改之： 上列 3 個函式均傳回字元參考, 所以我們可以 透過它們修改字串中的某個字元：(如下頁)

取得及修改字元 s s [0] s [1] s [2] ‘+’ 因 size() 傳回值是 size_type (一般都定義為 unsigned int), 因此加上 (int) 轉型以免編譯時出現警告。 與s[i]作用相同

清除及刪除字串內容 有兩個函式可清除或刪除字串的內容： 用 erase() 刪減字元或用 clear() 清除字串時, 都不會影響 string 物件的存放空間 (容量), 如以下範例所示：

清除及刪除字串內容 3 5 1 2 4 請問s.capacity()為何?

清除及刪除字串內容 只有指定一個參數時, erase() 會刪除參數索引之後的所有字元；若是指定 2 個參數時, 則第 1 個參數表示要從第幾個字開始刪, 第 2 個參數則表示要刪幾個字。

字串比較 string 類別也多載了 >、>=、<、<=、==、!= 運算子, 所以我們可以對字串物件比較其大小。如果是要從字串物件中取部份內容出來比對, 則可使用 compare() 成員函式, 其傳回值和前幾章用過的 strcmp() 一樣也是整數, 而且 compare() 有多個版本：

字串比較

字串比較 以下為使用 compare() 成員函式進行字串比對的簡例：

字串比較 由這個執行結果, 我們也可發現：string 類別是有分辨大小寫的。

取子字串 取子字串也是字串應用最常見的操作之一, 子字串 (substring) 即為原字串的一部份, 當我們需要分析字串的內容時, 就會需要將字串分解成數個子字串, 然後做進一步的處理。string 類別提供的取子字串函式為 substr(), 其語法如下：

取子字串 函式會從物件所存字串的 pos 位置開始, 取 len 長度的子字串, 請注意, 此函式傳回的為常數字串, 所以若後續要修改子字串的內容, 需將傳回值指定給另一字串物件。以下簡單示範 substr() 的用法：

取子字串

11-2 字串處理函式 前一節介紹了一些 string 類別的基本成員函式, 本節要繼續介紹可操作字串的成員函式, 包括插尋、插入及取代的函式。 搜尋字串 插入字串 取代字串

搜尋字串 搜尋是使用字串時最常見的操作之一, 我們常常會想從字串中找一個子字串、一個字元或符號等等, string 類別提供的搜尋函式共有 6 個：

搜尋字串 上述函式的傳回值均為第 1 個符合搜尋標的字元索引值, 若找不到則傳回 npos。每個函式又各有數種多載版本, 以下僅列出 find() 成員函式為代表：

搜尋字串 各成員函式的第 1 個參數都是要在字串物件中尋找的標的字串或字元, 第 2 個參數表示要從字串物件中的第幾個字開始搜尋 (預設值 0 表示從頭開始)。上列最後一個函式的第 3 個參數, 則是表示要搜尋字串物件中有無 str 中的前 n 個字。 以下我們先用一個簡單的範例讓大家瞭解這些函式的用法：

搜尋字串

搜尋字串 雖然 find() 函式每次只能找到一個符合位置, 但只要善用迴圈配合有 2 個參數的 find() 函式, 即可找出字串中所有符合條件的位置：

搜尋字串

搜尋字串

搜尋字串 rfind() 函式的作用和 find() 相同, 只不過 rfind() 是由後往前搜尋, 舉例來說, 只要將上一個程式做一點修改, 就變成由後往前搜尋所有符合的字串：

搜尋字串

搜尋字串

搜尋字串

搜尋任何相符的字元 find_first_of() 及 find_last_of() 的搜尋方式是只要物件中, 有出現參數字串中的任一個字元, 就算符合, 而不是比對整個字串。舉例來說, 若呼叫 find_first_of("abc"), 則表示要找 a 或 b 或 c, 而非找 "abc", 請參考以下的範例：

搜尋任何相符的字元

搜尋任何相符的字元

搜尋任何相符的字元 第 7 行定義要搜尋的字串 target 為 "0123456789", 也就是所有的數字字元, 所以只要輸入的字串中含有 0～9 的數字, 就會被視為符合者。 第 9 行呼叫的 getline() 函式為 <string> 中所定義的函式, 此函式可由第 1 個參數所指定的串流物件取得含空白字元的字串內容。若這一行改寫成 "cin >> s;", 則程式在執行結果中所讀到的字串會是 "I"。因此若想取得中間含空白字元的字串, 就應使用 getline() 函式, 而不要使用 "cin >>..."。

搜尋任一不符合的字元 find_first_not_of() 及 find_last_not_of() 的搜尋方式則和前一組成員函式相反, 凡是在指定字串中的任一個字元, 就算不符合。例如呼叫 find_first_not_of ("abc"), 表示只要不是 a、b、c 這 3 個字元, 都是符合者。請參考以下的範例：

搜尋任一不符合的字元

搜尋任一不符合的字元

搜尋任一不符合的字元 第 7 行定義的字串 " \n\t" 代表空白、換行、及定位 (tab) 字元, 我們將它們都視為空白字元, 然後用 find_first_not_of() 成員函式進行搜尋, 即可計算出字串中所有非空白字元的字數。 搜尋的功能經常配合編輯功能使用, 只是單純更換某個字元, 我們可用搜尋函式的傳回值配合 [ ] 運算子達成；若要做更複雜的操作, 則可使用插入及取代的成員函式。

插入字串 要在指定的位置插入另一個字串或字元, 可使用 insert() 成員函式：

插入字串 第 1 個參數都是代表要插入的位置, 第 2 個參數為要插入的字串。若要再指定更多參數, 則代表要取參數字串的某個部份。請參考以下的範例：

插入字串

插入字串 insert() 成員函式還有多載版本可用來插入特定字元：

插入字串

取代字串 取代是另一種常見的編輯操作, replace() 成員函式的用法和 insert() 類似, 但參數略有不同：除了需指定取代的位置外, 還要指定要代換掉的長度, 接著才是指定要取代成什麼字串： 其中第 4、5 個參數省略時, 表示將要代換的地方, 換成 str 字元。請參見以下的範例：

取代字串

取代字串

取代字串

11-3 字串與字元陣列 雖然 C++ 已經提供 string 類別讓我們能以物件的方式操作字串, 但有些情況, 例如需用到早先為 C 設計的字串函式, 或是需將字串提供給外部的程式使用, 此時仍需將字串物件轉型成字元指標或字元陣列來使用。 為此 string 類別特別提供了幾個轉換用函式：

字串與字元陣列 有 2 點要特別注意： 以下是一個簡單的應用範例： c_str()、data() 傳回的都是常數字元陣列, 換言之它們的內容不能被更改。而且取得此字元指標後, 若字串物件又做了配置新空間、插入內容等動作, 則先前取得的指標將失效, 必需重新呼叫成員函式再取得一次。 data() 傳回的字元陣列及 copy() 的複製結果都不含結束字元 '\0', 所以不能當成字串使用, 只能當成字元陣列來操作。 以下是一個簡單的應用範例：

字串與字元陣列

字串與字元陣列

字串與字元陣列 1. 第 13 行配置可存放 string 物件中字串的空間。 2. 第 14 行用 c_str() 成員函式取得字串內容, 並呼叫 <cstring> 中的 strcpy() 函式將之複製到新配置的空間。 3. 第 16～22 行為進行氣泡排序法的迴圈, 會將 cstr 字串中的每個字排序。排序後在第 24 行輸出結果。

11-4 綜合演練 在撰寫程式時, 字串是幾乎一定會用到的資料型別, 許多要求使用者輸入資料的程式, 所接收到的輸入資料也都是字串, 因此熟練字串的用法更是不可或缺的技能。 身份證字號檢查 檢核身份證字號

身份證字號檢查 許多要求使用者認證的程式都會需要輸入身份證字號, 對於這類程式來說, 第一步就是確認使用者所輸入的身份證格式沒有錯誤, 確認無誤後才去驗證該身份證字號是否合法。在這一小節中, 就要示範用字串查驗身份證字號的格式。 一個正確的身份證字號, 必定是由一個英文字母以及 9 個數字所組成, 因此檢查的程式可以這樣寫：

身份證字號檢查

身份證字號檢查 檢查輸入是否恰好為十個字元。 用原型宣告放在 <cctype> 中的 isalpha() 函式檢查字串第 1 個字是否為英文字母。 用 string 類別的 substr() 成員函式取出後 9 個字的子字串。 第一個字不是大寫或小寫英文字母。

身份證字號檢查

身份證字號檢查 這個程式的檢查分成 3 個部份： 1. 第 15 行檢查輸入是否恰好為十個字元。 2. 第 19 行用原型宣告放在 <cctype> 中的 isalpha() 函式檢查字串第 1 個字是否為英文字母。 3. 第 20 行則用 string 類別的 substr() 成員函式取出後 9 個字的子字串, 再用 find_first_not_of() 檢查子字串中是否含數字以外的字元。

檢核身份證字號 確認輸入的身份證字號符合格式之後, 接著就是要檢核輸入的身份證字號是否合法。檢核的規則是這樣的： 1. 首先將第一個字母依據下表代換成數字：

檢核身份證字號 這樣身份證字號就成為一個 11 個位數的數字。 2. 從第 2 個數字開始, 將第 2 個數字乘以 9、第 3 個數字乘以 8、..、第 9 個數字乘以 2、第 10 及第 1 個數字都是乘以 1, 將這些相乘的結果加總起來。 3. 用 10 減去加總值的個位數。 4. 若上述減法的結果個位數和身份證字號的最後一個數字相同, 此身份字號即為合法, 否則即為不合法的身份字號。

檢核身份證字號 我們將上述的規則轉換成程式放在一個函式中, 然後修改前一範例, 在基本的格式檢查通過後, 呼叫此函式以檢查輸入的身份證字號是否合法：

檢核身份證字號 ‘A’ ‘B’ 第一個英文字母若為小寫, 則改為大寫

檢核身份證字號

檢核身份證字號

檢核身份證字號

檢核身份證字號 1. 第 6～27 行定義檢查身份證字號是否合法的函式, 函式一開頭先用陣列定義字母 A～Z 所對應的數值。 2. 第 12 行呼叫 islower() 函式檢查將第 1 個英文字母是否為小寫, 是就用 toupper() 將它轉換成大寫, 這兩個函式都是標準函式庫的函式, 原型宣告於 <cctype> 中。

檢核身份證字號 3. 第 15 行定義的 total 變數即是用來計算加總值, 一開始即先處理將英文字母對應的 2 個數值, 根據前述規則, 第 1 個數字乘 1 第 2 個數字則乘 9 取數值的方式是將字母減掉 'A', 再用相減結果為索引取得先前整數陣列中的值。 4. 第 17 行的迴圈則將後續的數字分別乘上 8～1 並加總起來。

檢核身份證字號 5. 第 21 行即為計算以 10 減去加總值個位數後, 再取個位數的值。 6. 第 23 行就是將前一項所得的數值與身份證字號最後一碼比對, 如果相符就是合法的身份證字號。 7. main() 函式的部份和前一範例幾乎相同, 不同之處是加入 45～48 行的部份, 也就是呼叫 checkID() 函式進行檢查, 若傳回 true 即顯示通過檢查的訊息。

字元也是整數 前幾章提過, char 型別的資料其實是以儲存字元的 ASCII 碼, 而恰好字元 '0'～'9'、'A'～'Z' 的字碼都是連續的, 所以對數字來說, 減去字元 '0' 就是對應的整數值, 例如 '8'-'0' 的結果就是 8；同理大寫英文字母減去 'A', 就可以得到該字母在 26 個英文字母中的序號 (由 0 起算), 所以可將它當成索引存取陣列中對應的數值, 這也是常用的陣列查表技巧之一 。