Ввод и вывод символьных строк в Си

Итак, строки в языке Си. Для них не предусмотрено отдельного типа данных, как это сделано во многих других языках программирования. В языке Си строка – это массив символов. Чтобы обозначить конец строки, используется символ '\0', о котором мы говорили в прошлой части этого урока. На экране он никак не отображается, поэтому посмотреть на него не получится.

Создание и инициализация строки

Так как строка – это массив символов, то объявление и инициализация строки аналогичны подобным операциям с одномерными массивами.

Следующий код иллюстрирует различные способы инициализации строк.

  char str[10];
  char str1[10] = {'Y','o','n','g','C','o','d','e','r','\0'};
  char str2[10] = "Hello!";
  char str3[] = "Hello!";

Рис.1 Объявление и инициализация строк

В первой строке мы просто объявляем массив из десяти символов. Это даже не совсем строка, т.к. в ней отсутствует нуль-символ \0, пока это просто набор символов.

Вторая строка. Простейший способ инициализации в лоб. Объявляем каждый символ по отдельности. Тут главное не забыть добавить нуль-символ \0.

Третья строка – аналог второй строки. Обратите внимание на картинку. Т.к. символов в строке справа меньше, чем элементов в массиве, остальные элементы заполнятся \0.

Четвёртая строка. Как видите, тут не задан размер. Программа его вычислит автоматически и создаст массив символов нужный длины. При этом последним будет вставлен нуль-символ \0.

Как вывести строку

Дополним код выше до полноценной программы, которая будет выводить созданные строки на экран.

#include <stdio.h>

int main(void) {
  
  char str[10];
  char str1[10] = {'Y','o','n','g','C','o','d','e','r','\0'};
  char str2[10] = "Hello!";
  char str3[] = "Hello!";

  for(int i = 0; i < 10; i = i + 1)
    printf("%c\t",str[i]);
  printf("\n");

  puts(str1);
  printf("%s\n",str2);
  puts(str3);

  return 0;
}

Рис.2 Различные способы вывода строки на экран

Как видите, есть несколько основных способов вывести строку на экран.

• использовать функцию printf со спецификатором %s
• использовать функцию puts
• использовать функцию fputs, указав в качестве второго параметра стандартный поток для вывода stdout.

Единственный нюанс у функций puts и fputs. Обратите внимание, что функция puts переносит вывод на следующую строку, а функция fputs не переносит.

Как видите, с выводом всё достаточно просто.

Ввод строк

С вводом строк всё немного сложнее, чем с выводом. Простейшим способом будет являться следующее:

#include <stdio.h>
int main(void) {
  char str[20];
  gets(str); 
  puts(str);
  return 0;
}

Функция gets приостанавливает работу программы, читает строку символов, введенных с клавиатуры, и помещает в символьный массив, имя которого передаётся функции в качестве параметра.
Завершением работы функции gets будет являться символ, соответствующий клавише ввод и записываемый в строку как нулевой символ.
Заметили опасность? Если нет, то о ней вас любезно предупредит компилятор. Дело в том, что функция gets завершает работу только тогда, когда пользователь нажимает клавишу ввод. Это чревато тем, что мы можем выйти за рамки массива, в нашем случае — если введено более 20 символов.
К слову, ранее ошибки переполнения буфера считались самым распространенным типом уязвимости. Они встречаются и сейчас, но использовать их для взлома программ стало гораздо сложнее.

Итак, что мы имеем. У нас есть задача: записать строку в массив ограниченного размера. То есть, мы должны как-то контролировать количество символов, вводимых пользователем. И тут нам на помощь приходит функция fgets:

#include <stdio.h>
int main(void) {
  char str[10];
  fgets(str, 10, stdin);
  puts(str);
  return 0;
}

Функция fgets принимает на вход три аргумента: переменную для записи строки, размер записываемой строки и имя потока, откуда взять данные для записи в строку, в данном случае — stdin. Как вы уже знаете из 3 урока, stdin – это стандартный поток ввода данных, обычно связанный с клавиатурой. Совсем необязательно данные должны поступать именно из потока stdin, в дальнейшем эту функцию мы также будем использовать для чтения данных из файлов.

Если в ходе выполнения этой программы мы введем строку длиннее, чем 10 символов, в массив все равно будут записаны только 9 символов с начала и символ переноса строки, fgets «обрежет» строку под необходимую длину.

Обратите внимание, функция fgets считывает не 10 символов, а 9! Как мы помним, в строках последний символ зарезервирован для нуль-символа.

Давайте это проверим. Запустим программу из последнего листинга. И введём строку 1234567890. На экран выведется строка 123456789.

Рис.3 Пример работы функции fgets

Возникает вопрос. А куда делся десятый символ? А я отвечу. Он никуда не делся, он остался в потоке ввода. Выполните следующую программу.

#include <stdio.h>
int main(void) {
  char str[10];
  fgets(str, 10, stdin);
  puts(str);

  int h = 99;

  printf("do %d\n", h);
  scanf("%d",&h);
  printf("posle %d\n", h);

  return 0;
}

Вот результат её работы.

Рис.4 Непустой буфер stdin

Поясню произошедшее. Мы вызвали функцию fgets. Она открыла поток ввода и дождалась пока мы введём данные. Мы ввели с клавиатуры 1234567890\n(\n я обозначаю нажатие клавиша Enter). Это отправилось в поток ввода stdin. Функция fgets, как и полагается, взяла из потока ввода первые 9 символов 123456789, добавила к ним нуль-символ \0 и записала это в строку str. В потоке ввода осталось ещё 0\n.

Далее мы объявляем переменную h. Выводим её значение на экран. После чего вызываем функцию scanf. Тут-то ожидается, что мы можем что-то ввести, но т.к. в потоке ввода висит 0\n, то функция scanf воспринимает это как наш ввод, и записывается 0 в переменную h. Далее мы выводим её на экран.

Это, конечно, не совсем такое поведение, которое мы ожидаем. Чтобы справиться с этой проблемой, необходимо очистить буфер ввода после того, как мы считали из него строку, введённую пользователем. Для этого используется специальная функция fflush. У неё всего один параметр – поток, который нужно очистить.

Исправим последний пример так, чтобы его работа была предсказуемой.

#include <stdio.h>
int main(void) {
  char str[10];
  fgets(str, 10, stdin);
  fflush(stdin); // очищаем поток ввода
  puts(str);

  int h = 99;
  printf("do %d\n", h);
  scanf("%d",&h);
  printf("posle %d\n", h);

  return 0;
}

Теперь программа будет работать так, как надо.

Рис.4 Сброс буфера stdin функцией fflush

Подводя итог, можно отметить два факта. Первый. На данный момент использование функции gets является небезопасным, поэтому рекомендуется везде использовать функцию fgets.

Второй. Не забывайте очищать буфер ввода, если используете функцию fgets.

На этом разговор о вводе строк закончен. Идём дальше.