3.5. Массивы.

Массив (array) — это структура данных, подобная библиотечному типу vector (см. раздел 3.3), но с другим соотношением между производительностью и гибкостью. Как и вектор, массив является контейнером безымянных объектов одинакового типа, к которым обращаются по позиции. В отличие от вектора, массивы имеют фиксированный размер; добавлять элементы к массиву нельзя. Поскольку размеры массивов постоянны, они иногда обеспечивают лучшую производительность во время выполнения приложений. Но это преимущество приобретается за счет потери гибкости.

Если вы не знаете точно, сколько элементов необходимо, используйте вектор.

3.5.1. Определение и инициализация встроенных массивов.

Массив является составным типом (см. раздел 2.3). Оператор объявления массива имеет форму a[d], где а — имя; d — размерность определяемого массива. Размерность задает количество элементов массива, она должна быть больше нуля. Количество элементов — это часть типа массива, поэтому она должна быть известна на момент компиляции. Следовательно, размерность должна быть константным выражением (см. раздел 2.4.4).

unsigned cnt = 42;          // неконстантное выражение

constexpr unsigned sz = 42; // константное выражение

                            // constexpr см. p. 2.4.4

int arr[10];                // массив десяти целых чисел

int *parr[sz];              // массив 42 указателей на int

string bad[cnt];            // ошибка: cnt неконстантное выражение

string strs[get_size()];    // ok, если get_size - constexpr,

                            // в противном случае - ошибка

По умолчанию элементы массива инициализируются значением по умолчанию (раздел 2.2.1).

Подобно переменным встроенного типа, инициализированный по умолчанию массив встроенного типа, определенный в функции, будет содержать неопределенные значения.

При определении массива необходимо указать тип его элементов. Нельзя использовать спецификатор auto для вывода типа из списка инициализаторов. Подобно вектору, массив содержит объекты. Таким образом, невозможен массив ссылок.

Явная инициализация элементов массива.

Массив допускает списочную инициализацию (см. раздел 3.3.1) элементов. В этом случае размерность можно опустить. Если размерность отсутствует, компилятор выводит ее из количества инициализаторов. Если размерность определена, количество инициализаторов не должно превышать ее.

Если размерность больше количества инициализаторов, то инициализаторы используются для первых элементов, а остальные инициализируются по умолчанию (см. раздел 3.3.1):

const unsigned sz = 3;

int ia1[sz] = {0, 1, 2};      // массив из трех целых чисел со

                              // значениями 0, 1, 2

int a2[] = {0, 1, 2};         // массив размером 3 элемента

int a3[5] = {0, 1, 2};        // эквивалент a3[] = {0, 1, 2, 0, 0}

string a4[3] = {"hi", "bye"}; // эквивалент a4[] = {"hi", "bye", ""}

int a5[2] = {0, 1, 2};        // ошибка: слишком много инициализаторов

Особенности символьных массивов.

У символьных массивов есть дополнительная форма инициализации: строковым литералом (см. раздел 2.1.3). Используя эту форму инициализации, следует помнить, что строковые литералы заканчиваются нулевым символом. Этот нулевой символ копируется в массив наряду с символами литерала.

char a1[] = {'C', '+', '+'};       // списочная инициализация без

                                   // нулевого символа

char а2[] = {'C', '+', '+', '\0'}; // списочная инициализация с явным

                                   // нулевым символом

char a3[] = "С++";                 // нулевой символ добавляется

                                   // автоматически

const char a4[6] = "Daniel";       // ошибка: нет места для нулевого

                                   // символа!

Массив a1 имеет размерность 3; массивы а2 и a3 — размерности 4. Определение массива a4 ошибочно. Хотя литерал содержит только шесть явных символов, массив a4 должен иметь по крайней мере семь элементов, т.е. шесть для самого литерала и один для нулевого символа.

Не допускается ни копирование, ни присвоение.

Нельзя инициализировать массив как копию другого массива, не допустимо также присвоение одного массива другому.

int a[] = {0, 1, 2}; // массив из трех целых чисел

int a2[] = a;        // ошибка: нельзя инициализировать один массив

                     // другим

а2 = a;              // ошибка: нельзя присваивать один массив другому

Некоторые компиляторы допускают присвоение массивов при применении расширения компилятора (compiler extension). Как правило, использования нестандартных средств следует избегать, поскольку они не будут работать на других компиляторах.

Понятие сложных объявлений массива.

Как и векторы, массивы способны содержать объекты большинства типов. Например, может быть массив указателей. Поскольку массив — это объект, можно определять и указатели, и ссылки на массивы. Определение массива, содержащего указатели, довольно просто, определение указателя или ссылки на массив немного сложней.

int *ptrs[10];            // ptrs массив десяти указателей на int

int &refs[10] = /* ? */;  // ошибка: массив ссылок невозможен

int (*Parray)[10] = &arr; // Parray указывает на массив из десяти int

int (&arrRef)[10] = arr;  // arrRef ссылается на массив из десяти ints

Обычно модификаторы типа читают справа налево. Читаем определение ptrs справа налево (см. раздел 2.3.3): определить массив размером 10 по имени ptrs для хранения указателей на тип int.

Определение Parray также стоит читать справа налево. Поскольку размерность массива следует за объявляемым именем, объявление массива может быть легче читать изнутри наружу, а не справа налево. Так намного проще понять тип Parray. Объявление начинается с круглых скобок вокруг части *Parray, означающей, что Parray — указатель. Глядя направо, можно заметить, что указатель Parray указывает на массив размером 10. Глядя влево, можно заметить, что элементами этого массива являются целые числа. Таким образом, Parray — это указатель на массив из десяти целых чисел. Точно так же часть ( &arrRef) означает, что arrRef — это ссылка, а типом, на который она ссылается, является массив размером 10, хранящий элементы типа int.

Конечно, нет никаких ограничений на количество применяемых модификаторов типа.

int *(&arry)[10]=ptrs; // arry - ссылка на массив из десяти указателей

Читая это объявление изнутри наружу, можно заметить, что arry — это ссылка. Глядя направо, можно заметить, что объект, на который ссылается arry, является массивом размером 10. Глядя влево, можно заметить, что типом элемента является указатель на тип int. Таким образом, arry — это ссылка на массив десяти указателей.

Зачастую объявление массива может быть проще понять, начав его чтение с имени массива и продолжив его изнутри наружу.

Упражнения раздела 3.5.1.

Упражнение 3.27. Предположим, что функция txt_size() на получает никаких аргументов и возвращают значение типа int. Объясните, какие из следующих определений недопустимы и почему?

unsigned buf_size = 1024;

(a) int ia[buf_size];   (b) int ia[4 * 7 - 14];

(c) int ia[txt_size()]; (d) char st[11] = "fundamental";

Упражнение 3.28. Какие значения содержатся в следующих массивах?

string sa[10];

int ia[10];

int main() {

 string sa2[10];

 int ia2[10];

}

Упражнение 3.29. Перечислите некоторые из недостатков использования массива вместо вектора.

3.5.2. Доступ к элементам массива.

Подобно библиотечным типам vector и string, для доступа к элементам массива можно использовать серийный оператор for или оператор индексирования ( []) (subscript). Как обычно, индексы начинаются с 0. Для массива из десяти элементов используются индексы от 0 до 9, а не от 1 до 10.

При использовании переменной для индексирования массива ее обычно определяют как имеющую тип size_t. Тип size_t — это машинозависимый беззнаковый тип, гарантированно достаточно большой для содержания размера любого объекта в памяти. Тип size_t определен в заголовке cstddef, который является версией С++ заголовка stddef.h библиотеки С.

За исключением фиксированного размера, массивы используются подобно векторам. Например, можно повторно реализовать программу оценок из раздела 3.3.3, используя для хранения счетчиков кластеров массив.

// подсчет количества оценок в кластере по десять: 0--9,

// 10--19, ... 90--99, 100

unsigned scores[11] = {}; // 11 ячеек, все со значением 0

unsigned grade;

while (cin >> grade) {

 if (grade <= 100)

  ++scores[grade/10]; // приращение счетчика текущего кластера

}

Единственное очевидное различие между этой программой и приведенной в разделе 3.3.3 в объявлении массива scores. В данной программе это массив из 11 элементов типа unsigned. Не столь очевидно то различие, что оператор индексирования в данной программе тот, который определен как часть языка. Этот оператор применяется с операндами типа массива. Оператор индексирования, используемый в программе в разделе 3.3.3, был определен библиотечным шаблоном vector и применялся к операндам типа vector.

Как и в случае строк или векторов, для перебора всего массива лучше использовать серийный оператор for. Например, все содержимое массива scores можно отобразить следующим образом:

for (auto i : scores) // для каждого счетчика в scores

 cout << i << " ";    // отобразить его значение

cout << endl;

Поскольку размерность является частью типа каждого массива, системе известно количество элементов в массиве scores. Используя средства серийного оператора for, перебором можно управлять и не самостоятельно.

Проверка значений индекса.

Как и в случае со строкой и вектором, ответственность за невыход индекса за пределы массива лежит на самом программисте. Он сам должен гарантировать, что значение индекса будет больше или равно нулю, но не больше размера массива. Ничто не мешает программе перешагнуть границу массива, кроме осторожности и внимания разработчика, а также полной проверки кода. В противном случае программа будет компилироваться и выполняться правильно, но все же содержать скрытую ошибку, способную проявиться в наименее подходящий момент.

Наиболее распространенным источником проблем защиты приложений является ошибка переполнения буфера. Причиной такой ошибки является отсутствие в программе проверки индекса, в результате чего программа ошибочно использует память вне диапазона массива или подобной структуры данных.

Упражнения раздела 3.5.2.

Упражнение 3.30. Выявите ошибки индексации в следующем коде.

constexpr size_t array size = 10;

int ia[array_size];

for (size_t ix = 1; ix <= array size; ++ix)

 ia[ix] = ix;

Упражнение 3.31. Напишите программу, где определен массив из десяти целых чисел, каждому элементу которого присвоено значение, соответствующее его позиции в массиве.

Упражнение 3.32. Скопируйте массив, определенный в предыдущем упражнении, в другой массив. Перезапишите эту программу так, чтобы использовались векторы.

Упражнение 3.33. Что будет, если не инициализировать массив scores в программе оценок из данного раздела?

3.5.3. Указатели и массивы.

Указатели и массивы в языке С++ тесно связаны. В частности, как будет продемонстрировано вскоре, при использовании массивов компилятор обычно преобразует их в указатель.

Обычно указатель на объект получают при помощи оператора обращения к адресу (см. раздел 2.3.2). По правде говоря, оператор обращения к адресу может быть применен к любому объекту, а элементы в массиве — объекты. При индексировании массива результатом является объект в этой области массива. Подобно любым другим объектам, указатель на элемент массива можно получить из адреса этого элемента:

string nums[] = {"one", "two", "three"}; // массив строк

string *p = &nums[0]; // p указывает на первый элемент массива nums

Однако у массивов есть одна особенность — места их использования компилятор автоматически заменяет указателем на первый элемент.

string *p2 = nums; // эквивалент p2 = &nums[0]

В большинстве выражений, где используется объект типа массива, в действительности используется указатель на первый элемент в этом массиве.

Существует множество свидетельств того факта, что операции с массивами зачастую являются операциями с указателями. Одно из них — при использовании массива как инициализатора переменной, определенной с использованием спецификатора auto (см. раздел 2.5.2), выводится тип указателя, а не массива.

int ia[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; // ia - массив из десяти целых чисел

auto ia2(ia); // ia2 - это int*, указывающий на первый элемент в ia

ia2 = 42;     // ошибка: ia2 - указатель, нельзя присвоить указателю

              // значение типа int

Хотя ia является массивом из десяти целых чисел, при его использовании в качестве инициализатора компилятор рассматривает это как следующий код:

auto ia2(&ia[0]); // теперь ясно, что ia2 имеет тип int*

Следует заметить, что это преобразование не происходит, если используется спецификатор decltype (см. раздел 2.5.3). Выражение decltype(ia) возвращает массив из десяти целых чисел:

// ia3 - массив из десяти целых чисел

decltype(ia) ia3 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

ia3 = p;    // ошибка: невозможно присвоить int* массиву

ia3[4] = i; // ok: присвоить значение i элементу в массиве ia3

Указатели — это итераторы.

Указатели, содержащие адреса элементов в массиве, обладают дополнительными возможностями, кроме описанных в разделе 2.3.2. В частности, указатели на элементы массивов поддерживают те же операции, что и итераторы векторов или строк (см. раздел 3.4). Например, можно использовать оператор инкремента для перемещения с одного элемента массива на следующий:

int arr[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

int *p = arr; // p указывает на первый элемент в arr

++p;          // p указывает на arr[1]

Подобно тому, как итераторы можно использовать для перебора элементов вектора, указатели можно использовать для перебора элементов массива. Конечно, для этого нужно получить указатели на первый элемент и элемент, следующий после последнего. Как упоминалось только что, указатель на первый элемент можно получить при помощи самого массива или при обращении к адресу первого элемента. Получить указатель на следующий элемент после последнего можно при помощи другого специального свойства массива. Последний элемент массива arr находится в позиции 9, а адрес несуществующего элемента массива, следующего после него, можно получить так:

int *е = &arr[10]; // указатель на элемент после

                   // последнего в массиве arr

Единственное, что можно сделать с этим элементом, так это получить его адрес, чтобы инициализировать указатель е. Как и итератор на элемент после конца (см. раздел 3.4.1), указатель на элемент после конца не указывает ни на какой элемент. Поэтому нельзя ни обратиться к его значению, ни прирастить.

Используя эти указатели, можно написать цикл, выводящий элементы массива arr.

for (int *b = arr; b != e; ++b)

 cout << *b << endl; // вывод элементов arr

Библиотечные функции begin() и end().

Указатель на элемент после конца можно вычислить, но этот подход подвержен ошибкам. Чтобы облегчить и обезопасить использование указателей, новая библиотека предоставляет две функции: begin() и end(). Эти функции действуют подобно одноименным функциям-членам контейнеров (см. раздел 3.4.1). Однако массивы — не классы, и данные функции не могут быть функциями-членами. Поэтому для работы они получают массив в качестве аргумента.

int ia[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; // ia - массив из десяти целых чисел

int *beg = begin(ia); // указатель на первый элемент массива ia

int *last = end(ia);  // указатель на следующий элемент ia за последним

Функция begin() возвращает указатель на первый, а функция end() на следующий после последнего элемент данного массива. Эти функции определены в заголовке iterator.

Используя функции begin() и end(), довольно просто написать цикл обработки элементов массива. Предположим, например, что массив arr содержит значения типа int. Первое отрицательное значение в массиве arr можно найти следующим образом:

// pbeg указывает на первый, a pend на следующий после последнего

// элемент массива arr

int *pbeg = begin(arr), *pend = end(arr);

// найти первый отрицательный элемент, остановиться, если просмотрены

// все элементы

while (pbeg != pend && *pbeg >= 0)

 ++pbeg;

Код начинается с определения двух указателей типа int по имени pbeg и pend. Указатель pbeg устанавливается на первый элемент массива arr, a pend — на следующий элемент после последнего. Условие цикла while использует указатель pend, чтобы узнать, безопасно ли обращаться к значению указателя pbeg. Если указатель pbeg действительно указывает на элемент, выполняется проверка результата обращения к его значению на наличие отрицательного значения. Если это так, то условие ложно и цикл завершается. В противном случае указатель переводится на следующий элемент.

Указатель на элемент "после последнего" у встроенного массива ведет себя так же, как итератор, возвращенный функцией end() вектора. В частности, нельзя ни обратиться к значению такого указателя, ни осуществить его приращение.

Арифметические действия с указателями.

Указатели на элементы массива позволяют использовать все операции с итераторами, перечисленные в табл. 3.6 и 3.7. Эти операции, обращения к значению, инкремента, сравнения, добавления целочисленного значения, вычитания двух указателей, имеют для указателей на элементы встроенного массива то же значение, что и для итераторов.

Результатом добавления (или вычитания) целочисленного значения к указателю (или из него) является новый указатель, указывающий на элемент, расположенный на заданное количество позиций вперед (или назад) от исходного указателя.

constexpr size_t sz = 5;

int arr[sz] = {1,2,3,4,5};

int *ip = arr;     // эквивалент int *ip = &arr[0]

int *ip2 = ip + 4; // ip2 указывает на arr[4], последний элемент в arr

Результатом добавления 4 к указателю ip будет указатель на элемент, расположенный в массиве на четыре позиции далее от того, на который в настоящее время указывает ip.

Результатом добавления целочисленного значения к указателю должен быть указатель на элемент (или следующую позицию после конца) в том же массиве:

// ok: arr преобразуется в указатель на его первый элемент;

// p указывает на позицию после конца arr

int *p = arr + sz;  // использовать осмотрительно - не обращаться

                    // к значению!

int *p2 = arr + 10; // ошибка: arr имеет только 5 элементов;

                    // значение p2 неопределенно

При сложении arr и sz компилятор преобразует arr в указатель на первый элемент массива arr. При добавлении sz к этому указателю получается указатель на позицию sz (т.е. на позицию 5) этого массива. Таким образом, он указывает на следующую позицию после конца массива arr. Вычисление указателя на более чем одну позицию после последнего элемента является ошибкой, хотя компилятор таких ошибок не обнаруживает.

Подобно итераторам, вычитание двух указателей дает дистанцию между ними. Указатели должны указывать на элементы в том же массиве:

auto n = end(arr) - begin(arr); // n - 5, количество элементов

                                // массива arr

Результат вычитания двух указателей имеет библиотечный тип ptrdiff_t. Как и тип size_t, тип ptrdiff_t является машинозависимым типом, определенным в заголовке cstddef. Поскольку вычитание способно возвратить отрицательное значение, тип ptrdiff_t — знаковый целочисленный.

Для сравнения указателей на элементы (или позицию за концом) массива можно использовать операторы сравнения. Например, элементы массива arr можно перебрать следующим образом:

int *b = arr, *е = arr + sz;

while (b < e) {

 // используется *b

 ++b;

}

Нельзя использовать операторы сравнения для указателей на два несвязанных объекта.

int i = 0, sz = 42;

int *p = &i, *е = &sz;

// неопределенно: p и е не связаны; сравнение бессмысленно!

while (p < е)

Хотя на настоящий момент смысл может быть и неясен, но следует заметить, что арифметические действия с указателями допустимы также для нулевых указателей (см. раздел 2.3.2) и для указателей на объекты, не являющиеся массивом. В последнем случае указатели должны указывать на тот же объект или следующий после него. Если p — нулевой указатель, то к нему можно добавить (или вычесть) целочисленное константное выражение (см. раздел 2.4.4) со значением 0. Можно также вычесть два нулевых указателя из друг друга, и результатом будет 0.

Взаимодействие обращения к значению с арифметическими действиями с указателями.

Результатом добавления целочисленного значения к указателю является указатель. Если полученный указатель указывает на элемент, то к его значению можно обратиться:

int ia[] = {0,2,4,6,8}; // массив из 5 элементов типа int

int last = *(ia + 4);   // ok: инициализирует last значением

                        // ia[4], т.е. 8

Выражение *(ia + 4) вычисляет адрес четвертого элемента после ia и обращается к значению полученного указателя. Это выражение эквивалентно выражению ia[4].

Помните, в разделе 3.4.1 обращалось внимание на необходимость круглых скобок в выражениях, содержащих оператор обращения к значению и точечный оператор. Аналогично необходимы круглые скобки вокруг части сложения указателей:

last = *ia + 4; // ok: last = 4, эквивалент ia[0] + 4

Этот код обращается к значению ia и добавляет 4 к полученному значению. Причины подобного поведения рассматриваются в разделе 4.1.2.

Индексирование и указатели.

Как уже упоминалось, в большинстве мест, где используется имя массива, в действительности используется указатель на первый элемент этого массива. Одним из мест, где компилятор осуществляет это преобразование, является индексирование массива.

int ia[] = {0,2,4,6,8}; // массив из 5 элементов типа int

Рассмотрим выражение ia[0], использующее имя массива. При индексировании массива в действительности индексируется указатель на элемент в этом массиве.

int i = ia[2]; // ia преобразуется в указатель на первый элемент ia

               // ia[2] выбирает элемент, на который указывает (ia + 2)

int *p = ia;   // p указывает на первый элемент в массиве ia

i = *(p + 2);  // эквивалент i = ia[2]

Оператор индексирования можно использовать для любого указателя, пока он указывает на элемент (или позицию после конца) в массиве.

int *p = &ia[2]; // p указывает на элемент с индексом 2

int j = p[1];    // p[1] - эквивалент *(p + 1),

                 // p[1] тот же элемент, что и ia[3]

int k = p[-2];   // p[-2] тот же элемент, что и ia[0]

Последний пример указывает на важное отличие между массивами и такими библиотечными типами, как vector и string, у которых есть операторы индексирования. Библиотечные типы требуют, чтобы используемый индекс был беззнаковым значением. Встроенный оператор индексирования этого не требует. Индекс, используемый со встроенным оператором индексирования, может быть отрицательным значением. Конечно, полученный адрес должен указывать на элемент (или позицию после конца) массива, на который указывает первоначальный указатель.

В отличие от индексов для векторов и строк, индекс встроенного массива не является беззнаковым.

Упражнения раздела 3.5.3.

Упражнение 3.34. С учетом, что указатели p1 и p2 указывают на элементы в том же массиве, что делает следующий код? Какие значения p1 или p2 делают этот код недопустимым?

p1 += p2 - p1;

Упражнение 3.35. Напишите программу, которая использует указатели для обнуления элементов массива.

Упражнение 3.36. Напишите программу, сравнивающую два массива на равенство. Напишите подобную программу для сравнения двух векторов.

3.5.4. Символьные строки в стиле С.

Хотя язык С++ поддерживает строки в стиле С, использовать их в программах С++ не следует. Строки в стиле С — на удивление богатый источник разнообразных ошибок и наиболее распространенная причина проблем защиты.

Символьный строковый литерал — это экземпляр более общей конструкции, которую язык С++ унаследовал от языка С: символьной строки в стиле С (C-style character string). Строка в стиле С не является типом данных, скорее это соглашение о представлении и использовании символьных строк. Следующие этому соглашению строки хранятся в символьных массивах и являются строкой с завершающим нулевым символом (null-terminated string). Под завершающим нулевым символом подразумевается, что последний видимый символ в строке сопровождается нулевым символом ( '\0'). Для манипулирования этими строками обычно используются указатели.

Строковые функции библиотеки С.

Стандартная библиотека языка С предоставляет набор функций, перечисленных в табл. 3.8, для работы со строками в стиле С. Эти функции определены в заголовке cstring, являющемся версией С++ заголовка языка С string.h.

Функции из табл. 3.8 не проверяют свои строковые параметры.

Указатель (указатели), передаваемый этим функциям, должен указывать на массив (массивы) с нулевым символом в конце.

char ca[] = {'C', '+', '+'}; // без нулевого символа в конце

cout << strlen(ca) << endl;  // катастрофа: ca не завершается нулевым

                             // символом

В данном случае ca — это массив элементов типа char, но он не завершается нулевым символом. Результат непредсказуем. Вероятней всего, функция strlen() продолжит просматривать память уже за пределами массива ca, пока не встретит нулевой символ.

Таблица 3.8. Функции для символьных строк в стиле С

strlen(p)	Возвращает длину строки p без учета нулевого символа
strcmp(p1, p2)	Проверяет равенство строк p1 и p2. Возвращает 0, если p1 == p2, положительное значение, если p1 > p2, и отрицательное значение, если p1 < p2
strcat(p1, p2)	Добавляет строку p2 к p1. Результат возвращает в строку p1
strcpy(p1, p2)	Копирует строку p2 в строку p1. Результат возвращает в строку  p1

Сравнение строк.

Сравнение двух строк в стиле С осуществляется совсем не так, как сравнение строк библиотечного типа string. При сравнении библиотечных строк используются обычные операторы равенства или сравнения:

string s1 = "A string example";

string s2 = "A different string";

if (s1 < s2) // ложно: s2 меньше s1

Использование этих же операторов для подобным образом определенных строк в стиле С приведет к сравнению значений указателей, а не самих строк.

const char ca1[] = "A string example";

const char ca2[] = "A different string";

if (ca1 < ca2) // непредсказуемо: сравниваются два адреса

Помните, что при использовании массива в действительности используются указатели на их первый элемент (см. раздел 3.5.3). Следовательно, это условие фактически сравнивает два значения const char*. Эти указатели содержат адреса разных объектов, поэтому результат такого сравнения непредсказуем.

Чтобы сравнить строки, а не значения указателей, можем использовать функцию strcmp(). Она возвращает значение 0, если строки равны, положительное или отрицательное значение, в зависимости от того, больше ли первая строка второй или меньше.

if (strcmp(ca1, ca2) < 0) // то же, что и сравнение строк s1 < s2

За размер строки отвечает вызывающая сторона.

Конкатенация и копирование строк в стиле С также весьма отличается от таких же операций с библиотечным типом string. Например, если необходима конкатенация строк s1 и s2, определенных выше, то это можно сделать так:

// инициализировать largeStr результатом конкатенации строки s1,

// пробела и строки s2

string largeStr = s1 + " " + s2;

Подобное с двумя массивами, ca1 и ca2, было бы ошибкой. Выражение ca1 + ca2 попытается сложить два указателя, что некорректно и бессмысленно.

Вместо этого можно использовать функции strcat() и strcpy(). Но чтобы использовать эти функции, им необходимо передать массив для хранения результирующей строки. Передаваемый массив должен быть достаточно большим, чтобы содержать созданную строку, включая нулевой символ в конце. Хотя представленный здесь код следует традиционной схеме, потенциально он может стать причиной серьезной ошибки.

// катастрофа, если размер largeStr вычислен ошибочно

strcpy(largeStr, ca1); // копирует ca1 в largeStr

strcat(largeStr, " "); // добавляет пробел в конец largeStr

strcat(largeStr, ca2); // конкатенирует ca2 с largeStr

Проблема в том, что можно легко ошибиться в расчете необходимого размера largeStr. Кроме того, при каждом изменении значения, которые следует сохранить в largeStr, необходимо перепроверить правильность вычисления его размера. К сожалению, код, подобный этому, широко распространен в программах. Такие программы подвержены ошибкам и часто приводят к серьезным проблемам защиты.

Для большинства приложений не только безопасней, но и эффективней использовать библиотечный тип string, а не строки в стиле С.

Упражнения раздела 3.5.4.

Упражнение 3.37. Что делает следующая программа?

const char ca[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};

const char *cp = ca;

while (*cp) {

 cout << *cp << endl;

 ++cp;

}

Упражнение 3.38. В этом разделе упоминалось, что не только некорректно, но и бессмысленно пытаться сложить два указателя. Почему сложение двух указателей бессмысленно?

Упражнение 3.39. Напишите программу, сравнивающую две строки. Затем напишите программу, сравнивающую значения двух символьных строк в стиле С.

Упражнение 3.40. Напишите программу, определяющую два символьных массива, инициализированных строковыми литералами. Теперь определите третий символьный массив для содержания результата конкатенации этих двух массивов. Используйте функции strcpy() и strcat() для копирования этих двух массивов в третий.

3.5.5. Взаимодействие с устаревшим кодом.

Множество программ С++ было написано до появления стандартной библиотеки, поэтому они не используют библиотечные типы string и vector. Кроме того, многие программы С++ взаимодействуют с программами, написанными на языке С или других языках, которые не могут использовать библиотеку С++. Следовательно, программам, написанным на современном языке С++, вероятно, придется взаимодействовать с кодом, который использует символьные строки в стиле С и/или массивы. Библиотека С++ предоставляет средства, облегчающие такое взаимодействие.

Совместное использование библиотечных строки строк в стиле С.

В разделе 3.2.1 была продемонстрирована возможность инициализации строки класса string строковым литералом:

string s("Hello World"); // s содержит Hello World

В общем, символьный массив с нулевым символом в конце можно использовать везде, где используется строковый литерал.

• Символьный массив с нулевым символом в конце можно использовать для инициализации строки класса string или присвоения ей.

• Символьный массив с нулевым символом в конце можно использовать как один из операндов (но не оба) в операторе суммы класса string или как правый операнд в составном операторе присвоения ( +=) класса string.

Однако нет никакого простого способа использовать библиотечную строку там, где требуется строка в стиле С. Например, невозможно инициализировать символьный указатель объектом класса string. Тем не менее класс string обладает функцией-членом c_str(), зачастую позволяющей выполнить желаемое.

char *str = s; // ошибка: нельзя инициализировать char* из string

const char *str = s.c_str(); // ok

Имя функции c_str() означает, что она возвращает символьную строку в стиле С. Таким образом, она возвращает указатель на начало символьного массива с нулевым символом в конце, содержащим те же символы, что и строка. Тип указателя const char* не позволяет изменять содержимое массива.

Допустимость массива, возвращенного функцией c_str(), не гарантируется. Любое последующее использование указателя s, способное изменить его значение, может сделать этот массив недопустимым.

Если программа нуждается в продолжительном доступе к содержимому массива, возвращенного функцией c_str(), то следует создать его копию.

Использование массива для инициализации вектора.

В разделе 3.5.1 упоминалось о том, что нельзя инициализировать встроенный массив другим массивом. Инициализировать массив из вектора также нельзя. Однако можно использовать массив для инициализации вектора. Для этого необходимо определить адрес первого подлежащего копированию элемента и элемента, следующего за последним.

int int_arr[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5};

// вектор ivec содержит 6 элементов, каждый из которых является

// копией соответствующего элемента массива int_arr

vector<int> ivec(begin(int_arr), end(int_arr));

Два указателя, используемые при создании вектора ivec, отмечают диапазон значений, используемых для инициализации его элементов. Второй указатель указывает на следующий элемент после последнего копируемого. В данном случае для передачи указателей на первый и следующий после последнего элементы массива int_arr использовались библиотечные функции begin() и end() (см. раздел 3.5.3). В результате вектор ivec содержит шесть элементов, значения которых совпадают со значениями соответствующих элементов массива int_arr.

Определяемый диапазон может быть также подмножеством массива:

// скопировать 3 элемента: int_arr[1], int_arr[2], int_arr[3]

vector<int> subVec(int_arr + 1, int_arr + 4);

Этот код создает вектор subVec с тремя элементами, значения которых являются копиями значений элементов от intarr[1] до intarr[3].

Совет. Используйте вместо массивов библиотечные типы. Указатели и массивы на удивление сильно подвержены ошибкам. Частично проблема в концепции: указатели используются для низкоуровневых манипуляций, в них очень просто сделать тривиальные ошибки. Другие проблемы возникают из-за используемого синтаксиса, особенно синтаксиса объявлений.

Упражнения раздела 3.5.5.

Упражнение 3.41. Напишите программу, инициализирующую вектор значениями из массива целых чисел.

Упражнение 3.42. Напишите программу, копирующую вектор целых чисел в массив целых чисел.