Тема: опрацювання рядків мовою C++.

Мета: сформувати поняття рядка у мові програмування, ознайомити учнів з їх функціями та методами, навчити створювати програми мовою C++ опрацюванням рядків.

Обладнання: ПК із встановленим ОС і середовищем програмування мовою C++ або стійким сполученням з Інтернетом для роботи з середовищем програму­вання мовою C++ у режимі online.

Структура уроку

1. Організаційний момент.
2. Актуалізація опорних знань.
3. Вивчення нового матеріалу.
4. Інструктаж з ТБ.
5. Закріплення вивченого матеріалу.
6. Підбиття підсумків уроку.
7. Домашнє завдання.

Хід уроку

1. Організаційний момент
Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Перевірка виконання домашнього завдання.

Мотивація навчання: на цьому уроці ви ознайомитеся з основними функціями та методами рядків, що передбачені у мові C++. Навчитеся писати програми опрацювання рядків тексту. Наприклад, з переведенням рядка в число та навпаки.

2. Актуалізація опорних знань

Рядки — упорядковані послідовності символів, що використовують для зберігання і представлення текстової інформації. За допомогою рядків можна працювати з усім, що може бути подано у текстовій формі.

Запис значення рядка здійснюють у лапках. Наприклад:

string s = "Hello World!"

Службові символи (екрановані послідовності)

3. Вивчення нового матеріалу

Символ — найменша складова тексту. Наприклад, літера латиниці, кирилиці, цифра десяткового запису, знак пунктуації тощо.

У мові програмування С++ передбачено використання символьних величин.

Символьна величина — це величина типу char для збереження (цілочисельного) коду символу.

У таблиці ASCII подано написання символів і їхні коди.

Значення символьної величини записують як символ в одинарних лапках, наприклад, 'a'.

Рядок у мові С++ подають (як один з варіантів) масивом елементів типу char, що закінчуються нуль-термінатором '\0'.

Такі рядки називають С рядками або рядками в стилі С. Вони мають тип char *. Назва рядка є сталим покажчиком на перший символ. Значення рядка записують у подвійних лапках. При оголошенні такого рядка необхідно враховувати наявність у кінці рядка нуль-термінатора, тобто відводити додатковий байт під нього.

При ініціалізації початковим значенням довжину рядка буде визначено автоматично, а в кінець рядка буде додано нуль-термінатор. При спробі вивести нуль-термінатор буде продубльовано попередній символ — див. приклад коду

 
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ char c ='a',
  s[10]  = "123456789"; // при s[9] буде помилка компіляції
  char * t="abcdefghi";
  cout<<c<<'*'<<endl<<s<<endl<<t<<endl<<">"<<t[10]<<"<";
}

та результату його роботи.

a*
123456789
abcdefghi
>><

Функції для роботи з символами і рядками char *

• strlen(s) — повертає довжину рядка s без урахування нуль-символу;
• strcpy(s,t) — копіювання символів з рядка t в рядок s;
• strncpy(s,t,n) — копіювання n символів з рядка t в рядок s, повертає s;
• strcat(s,t) — зберігає в s результат об'єднання рядків s і t;
• strncat(s,t,n) — зберігає в s результат об'єднання рядка s і n символів рядка t;
• strcmp(s,t) — порівнює з урахуванням регістру рядки s і t, повертає ціле значення типу int:
  • 0, якщо рядки збігаються;
  • від'ємне, якщо s < t;
  • додатне, якщо s > t.
• strncmp(s,t,n) — аналогічно strcmp порівнює n символів рядка s з рядком t;
• isalnum(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — літера або цифра, інакше — false;
• isalpha(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — літера, інакше — false;
• isdigit(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — цифра, інакше — false;
• isblank(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — пробіл, інакше — false;
• iscntrl(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — символ керування, інакше — false;
• isgraph(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — друкований символ, інакше — false;
• islower(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — літера нижнього регістру, інакше — false;
• isprint(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — друкований символ, інакше — false;
• ispunct(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — знак пунктуації, інакше — false;
• isspace(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — пробіл, інакше — false;
• isupper(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — літера верхнього регістру, інакше — false;
• isxdigit(c) — повертає ненульове ціле значення, якщо c — 16-кова цифра, інакше — false;

• strchr(s,c) — пошук першого входження символу c у рядку s. У разі вдалого пошуку повертає покажчик на місце першого входження символу с. Вказівка:
  
  cout<<strchr(s,c);
  
  виводить рядок s, починаючи з цього першого входження. Якщо символ не знайдено, то буде повернуто NULL;

• strcspn(s,t) — повертає довжину початку s, що не містить символів t;
• strspn(s,t) — повертає довжину початку s, що містить лише символи t;

• strprbk(s,t) — повертає покажчик першого входження будь-якого символу рядка t в рядок s. Вказівка:
  
  cout<<strpbrk(s,t);
  
  виводить рядок s, починаючи з цього першого входження. Якщо символ не знайдено, то буде повернуто NULL;

• toupper(c) — якщо символ c — маленька літера латиниці, то функція відповідну велику літеру, інакше — символ без змін — див. код

  #include <iostream>
  #include <cstring>
  #include <cstdio>
  using namespace std;
  int main()
  { char s[] ="little letters маленькі літери 123";
    for (int j=0; j<strlen(s); j++) putchar(toupper(s[j]));
    return 0;
  }

  та результат її дії
  
  LITTLE LETTERS маленькі літери 123

бібліотека cstdlib
• atof(s) — перетворює рядок s у тип double;
• atoi(s) — перетворить рядок s у тип int;
• atol(s) — перетворить рядок s у тип long;

бібліотека stdio.h
• getchar() — повертає символ, зчитаний зі стандартного потоку введення;
• putchar(с) — виводить символ с у стандартний потік виведення.

Примітка. Оператор cout зчитує рядок до перших пробілу або ознаки кінця рядка. Для зчитування рядків, що містять пробіли використовують додаткові засоби мови С++. Наприклад, наступну функцію.

Функція getline призначена для введення даних з потоку до деякого роздільника, який не записують в отриманий масив даних. Виклик функції виглядає так:

cin.getline(s,n,d);

де s — зчитаний рядок типу char *, n — найбільша кількість символів, яку можна записати в рядок, d — роздільник, який вказує на кінець зчитуваного рядка. Останній параметр функції можна опустити. У цьому випадку буде використано роздільник як усталено '\n', породжуваний натисканням клавіші Enter. Подамо приклад застосування цієї функції для зчитування рядка до знаку оклику з можливо кількома символами '\n', породженими натисканням клавіші Enter.

#include <iostream>
using namespace std;
int main ()
{ char s[99];
  cout <<"Введіть рядок, який завершується знаком оклику '!'"<< endl;
  cin.getline (s,99,'!');
  cout<<s;
}

Потоком введення може бути і зчитування з файлу.

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main ()
{ char s[99];
  ifstream f;
  f.open("input.txt");
  f.getline (s,99,'!');
  cout<<s;
}

Функція getline має ще один варіант застосування — до рядкової змінної необмеженої довжини типу string, опис якої подано далі:

getline (f, s, d);

де f — потік даних, s — змінна для запису рядка, d — роздільник, який вказує на кінець рядка. Останній параметр функції можна не вказувати. У цьому випадку буде використано роздільник як усталено '\n'. Подамо приклад застосування цієї функції.

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{ string s;
  cout <<"Введіть рядок, який завершується знаком оклику '!'"<< endl;
  getline (cin,s,'!');
  cout<<s;
}

Клас string було запроваджено як альтернативу типу char * для роботи з рядками. Щоб скористатися наявними можливостями цього класу, потрібно підключити бібліотеку string і простір назв std:

#include <string>
using namespace std;

Оголошення змінної типу string здійснюють традиційно для С++ з можливою ініціалізацією.

string s;
string t = "оголошення з ініціалізацією";

Переваги типу string у порівнянні з типом char *

• можливість опрацювання рядків стандартними операторами C++ (=, +, == тощо);

• забезпечення кращої надійності програмного коду. Наприклад, при копіюванні рядків, коли рядок-джерело має більший розмір ніж рядок-приймач;

• використання рядка як самостійного типу даних для забезпечення несуперечливості даних.

Недолік типу string в порівнянні з типом char * — сповільнення швидкості опрацювання даних внаслідок того, що тип string — це контейнерний клас, робота з яким вимагає додаткових дій, прописаних у бібліотеці string.

Cтандартні (перевантажені) оператори класу string

Приклади ініціалізації змінних типу string

string s1  ("Привіт!");
string s2 = "Привіт!";
char * ps = "Привіт!";
string s3 (ps);
string s4 (s3);
string s5;

Надання значень змінним типу string можна здійснити:

• або використавши оператор =;
• або використавши функцію assign з класу string.

Функція assign має кілька реалізацій:

• assign(s) — надання значення рядка s;
• assign(s,j,n); — копіювання n символів з рядка s, починаючи з символа з номером j;
• assign(p,n); — копіювання перших n символів з рядка p типу char *.

Наступна частина коду подає приклади застосування цих реалізацій у порядку переліку:

string s0 = "abcdefgh", s1,s2,s3;
char * p  = "abcdefgh";
s1.assign(s0);       // s1 = "abcdefgh"
s2.assign(s0, 5, 2); // s2 = "fg"
s3.assign(p, 5);     // s3 = ""abcde"

Функція append — дописування у кінець рядка — має такі варіанти реалізації:

• функція отримує посилання на рядок s, який додають (дописують) до об'єкту, що її викликає;

• функція отримує покажчик на рядок типу const char *, яка завершується символом '\ 0'

— див. наступний код, у якому в коментарях записано результат виведення:

#include <iostream> 
#include <string>   
using namespace std;
int main()
{ string s0= "abc", s,
         t = "0123456";
  char * p = "0123456";
  s=s0;  s.append(t);      cout<<s<<endl; // abc0123456
  s=s0;  s.append(t,2,3);  cout<<s<<endl; // abc234
  s=s0;  s.append(p);      cout<<s<<endl; // abc0123456
  s=s0;  s.append(p,2);    cout<<s<<endl; // abc01
  s=s0;  s.append(p,2,3);  cout<<s<<endl; // abc234
  return 0;
}

Функція insert — надає можливість вставити у задану позицію рядка інший рядок повністю або лише частину — див. наступний код, у якому в коментарях записано результат виведення:

#include <iostream> 
#include <string>   
using namespace std;
int main()
{ string s = "abcdef",
         t = "123456";
  s.insert(4, t);       cout<<s<<endl; // abcd123456ef
  s.insert(2, t, 2, 4); cout<<s<<endl; // ab3456cd123456ef
  return 0;
}

Функція replace виконує заміну символів одного рядка на інший або лише його частину. Перші два аргументи задають діапазон замінюваної частини — з якого індексу і якої довжини. Третій аргумент — рядок, на який або частину якого буде здійснено заміну. Четвертий і п'ятий (якщо їх записано) — діапазон частини третього аргумента, на який буде здійснено заміну — див. наступний код, у якому в коментарях записано результат виведення:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string  t = "abcdef",
  s,s0 = "0123456";
  s=s0;  s.replace (2,3,t);     cout<<s<<endl; // 01abcdef56
  s=s0;  s.replace (2,6,t);     cout<<s<<endl; // 01abcdef
  s=s0;  s.replace (7,4,t);     cout<<s<<endl; // 0123456abcdef
  s=s0;  s.replace (2,7,t);     cout<<s<<endl; // 01abcdef
  s=s0;  s.replace (2,3,t,3,2); cout<<s<<endl; // 01de56
  s=s0;  s.replace (2,3,t,3,7); cout<<s<<endl; // 01def56
  return 0;
}

Функція clear видаляє всі символи з рядка.

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "0123456789";
  s.clear();
  cout << ">" << s << "<" << endl; // ><
  return 0;
}

Функція erase видаляє символи з рядка. Вона має два аргументи: індекс (позиція), починаючи з якої потрібно видалити, і кількість символів, які видаляють. Якщо ці аргументи не вказано, то буде видалено усі символи — див. наступний код, у якому в коментарях записано результат виведення:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "0123456789";
  s.erase (3, 5); cout<<s<<endl; // 01289
  s.erase ();     cout<<s<<endl; //
  return 0;
}

Функції find і rfind повертають індекс позиції першого входження рядка-аргумента у даний рядок, починаючи з даного індекса-аргумента. Функції відрізняються напрямком пошуку:

• від початку до кінця — функцією find;
• від кінця до початку — функцією rfind.

У разі відсутності відповідного входження функції буде повернуто число за межами діапазону значень індексів елементів рядка, у якому здійснюють пошук. Пишуть, що буде повернуто –1, але буває інакше — див. наступний код, у якому в коментарях записано результат виведення:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "01234567890123456789",
         t = "345",
         u = "abcd";
  cout<<s.find(t)<<endl;    // 3
  cout<<s.find(t,5)<<endl;  // 13
  cout<<s.find(t,15)<<endl; // 18446744073709551615
  cout<<s.find(u)<<endl;    // 18446744073709551615

  cout<<s.rfind(t)<<endl;   // 13
  cout<<s.rfind(t,9)<<endl; // 3
  cout<<s.rfind(t,2)<<endl; // 18446744073709551615
  cout<<s.rfind(u)<<endl;   // 18446744073709551615
  return 0;
}

Функція find_first_of(t,j) повертає індекс першої появи будь-якого з символів рядка t, починаючи позиції j. Якщо значення j не вказано, то вважають, що воно дорівнює 0, тобто пошук здійснюють з початку рядка.

Функція find_last_of(t,j) повертає індекс останньої появи будь-якого з символів рядка t, починаючи позиції j. Якщо значення j не вказано, то вважають, що воно дорівнює 0, тобто пошук здійснюють з початку рядка.

Функція find_first_not_of(t,j) повертає індекс першої появи символу, відмінного від символів рядка t, починаючи позиції j. Якщо значення j не вказано, то вважають, що воно дорівнює 0, тобто пошук здійснюють з початку рядка.

Функція find_last_not_of(t,j) повертає індекс останньої появи символу, відмінного від символів рядка t, починаючи позиції j. Якщо значення j не вказано, то вважають, що воно дорівнює 0, тобто пошук здійснюють з початку рядка.

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "01234567890123456789",
         t = "abc654";
  cout<<s.find_first_of(t)<<endl;        //  4
  cout<<s.find_first_of(t,11)<<endl;     // 14
  cout<<s.find_last_of(t)<<endl;         // 16
  cout<<s.find_last_of(t,11)<<endl;      //  6
  cout<<s.find_first_not_of(t)<<endl;    //  0
  cout<<s.find_first_not_of(t,11)<<endl; // 11
  cout<<s.find_last_not_of(t)<<endl;     // 19
  cout<<s.find_last_not_of(t,11)<<endl;  // 11
}

Функція compare надає можливість порівнювати рядок або його частину з іншим рядком-параметром і має такі аргументи (перші два або вказують, або не вказують одночасно):

• індекс, з якого починають перегляд символів рядка для порівняння;
• кількість символів у підпослідовності, утвореній для порівнюяння;
• рядок, який порівнюють з рядком, до якого застосовано функцію.

Функція compare працює таким чином:

• порівнюють коди перших символів, якими різняться рядки;
• якщо початок одного рядка збігається з іншим, то коротший рядок вважають меншим;
• якщо функцію викликає менший рядок, то вона повертає від'ємне ціле значення;
• якщо функцію викликає більший рядок, то вона повертає додатне ціле значення;
• якщо функцію викликає такий самий рядок, то вона повертає ціле значення нуль

— див. наступний код, у якому в коментарях записано результат виведення:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "01234",
         t = "43210",
         u = "0123432100";
  cout<<s.compare(t)<<endl; // -1
  cout<<t.compare(s)<<endl; // 1
  cout<<s.compare(s)<<endl; // 0
  cout<<s.compare(u)<<endl; // -5
  cout<<u.compare(s)<<endl; // 5

  cout<<u.compare(0,5,s)<<endl; // 0
  cout<<s.compare(0,5,u)<<endl; // -5
  cout<<u.compare(4,4,t)<<endl; // -1 
  cout<<u.compare(4,5,t)<<endl; // 0
  cout<<u.compare(4,6,t)<<endl; // 1
  return 0;
}

Функція c_str повертає рядок типу char * і модифікатором const з тією самою послідовністю символів — див. наступний код, у якому в коментарі записано результат виведення:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "abcd";
  const char * p;
  p = s.c_str();
  cout<<p;   // abcd
  return 0;
}

Функції length і size повертають довжину рядка — див. наступний код, у якому в коментарі записано результат виведення:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "abcdefg";
  cout<<s.length()<<endl; // 7
  cout<<s.size()<<endl;   // 7
}

Функція push_back(c) додає до рядка символ c типу char.

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "Hello";
  s.push_back('!');
  cout<<s; // Hello!
  return 0;
}

Функція resize(n) змінює довжину рядка на n. Якщо після n записати символ, то при збільшенні довжини рядка вільні місця буде заповнено цим символом:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "Hello";
  s.resize(8,'!');
  cout<<s;   // Hello!!!
}

Функція substr(j) повертає підрядок даного рядка, починаючи з символу з індексом j, до кінця рядка. Якщо після j вказати необов'язковий параметр k, то буде повернуто підрядок довжини k даного рядка, починаючи з символу з індексом j.

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{ string s = "0123456789";
  cout<<s.substr(5)<<endl;   // 56789
  cout<<s.substr(2,5)<<endl; // 23456
}

На основі поданого вище опису можна створити програму, яка зчитує рядок і розбиває його на рядки за символами-роздільниками, які не приєднують до рядків результату. Така програма може мати застосування, наприклад, до опрацювання даних у форматі електронних таблиць csv з роздільником ';' як усталено. Використання вільно поширюванної бібліотеки boost дає можливість істотно спростити код такої програми. Але спочатку потрібно встановити цю бібліотеку. При ОС Ubuntu i Linux Mint для цього достатньо виконати таку вказівку Терміналу:

sudo apt-get install libboost-dev

При інших ОС за бібліотекою можна звернутися на офіційний сайт. Ця бібліотека досяжна з деяких online-сервісів, щонайменше, з rextester.com. При наявності бібліотеки boost можна використати таку програму:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <boost/algorithm/string.hpp>
using namespace std;
using namespace boost;
int main()
{ string s;                      // зчитаний рядок для розбиття
  vector <string> v;             // масив рядків результату
  getline(cin,s);                // зчитування рядка до '\n'.
  split(v, s, is_any_of(" /;")); // розбиття рядка
  for (int i=0; i<v.size(); i++) cout << v[i] << endl;
  return 0;
}

Ця програма при введенні рядка

abc/efg;hij klm

розіб'є його на 4 рядки за трьома роздільниками ' ', '/' і ';', заданими в аргументі функції split, і виведе результат розбиття окремими рядками:

abc
efg
hij
klm

4. Інструктаж з ТБ
5. Закріплення вивченого матеріалу

Завдання 1. Скласти програму для підрахунку кількості слів у введеному з клавіатури рядку. Словом вважати довільну послідовність символів, відокремлену символами пробілів, яких немає на початку і в кінці рядка. Порівняти складену програму з демонстраційними розв'язаннями a і b.

Завдання 2. Скласти програму для підрахунку кількості входжень символа 'a' у зчитаний рядок s. Порівняти складену програму з демонстраційним розв'язанням.

6. Підбиття підсумків уроку
Виставлення оцінок.

7. Домашнє завдання

Завдання 3. Скласти програму для перевірки того, що записані малими літерами латиниці через пробіли у рядку, розташовано в алфавітному порядку. Порівняти складену програму з демонстраційним розв'язанням. Протестувати програму для рядка з використанням на початку слів українських літер, яких немає у російській абетці.

Завдання 4. Перекласти мовою C++ програму мовою Pascal для отримання нормальної диз'юнктивної форми булевої фукції. За бажанням зчитування даних можна зробити з клавіатури, а виведення на екран.

Завдання 5. Розв'язати задачу відбірково-тренувальних зборів 9.2. Хімія.

Текст упорядкував Олександр Рудик.