[C言語] 文字列を変数で扱う方法

2023-09-072024-08-25

C言語では、文字列は実際には文字の配列として扱われます。文字列を変数で扱うためには、char型の配列を使用します。

例えば、char str[10] = "Hello";のように宣言することで、文字列を変数に格納できます。

また、strcpy関数を使用して文字列をコピーしたり、strlen関数で文字列の長さを取得することも可能です。

文字列の終端には必ずヌル文字'\0'が必要で、これにより文字列の終わりを示します。

この記事でわかること

C言語での文字列の基本的な扱い方
文字列の宣言方法と初期化の違い
標準ライブラリを用いた文字列操作の方法
文字列操作におけるメモリ管理の重要性

目次から探す

文字列の基本概念

文字列とは何か

文字列とは、文字の集合であり、通常はテキストデータを表現するために使用されます。

C言語では、文字列は文字の配列として扱われ、最後にヌル文字\0が付加されることで文字列の終端を示します。

このヌル文字は、文字列の長さを計算したり、文字列を操作する際に重要な役割を果たします。

C言語における文字列の扱い

C言語では、文字列は主に以下の2つの方法で扱われます。

文字配列: 文字の配列として宣言し、各要素に文字を格納します。
ポインタ: 文字列リテラルの先頭アドレスを指すポインタとして扱います。

これらの方法により、C言語では効率的に文字列を操作することができます。

文字列リテラルと文字配列の違い

文字列リテラルと文字配列にはいくつかの違いがあります。

以下の表にその違いを示します。

スクロールできます

特徴	文字列リテラル	文字配列
宣言方法	`char *str = "Hello";`	`char str[] = "Hello";`
メモリ配置	静的メモリ領域	スタックメモリ
変更可否	不可	可
ヌル文字	自動的に付加	自動的に付加

文字列リテラルは静的メモリ領域に配置され、通常は変更できません。

一方、文字配列はスタックメモリに配置され、内容を変更することが可能です。

これらの違いを理解することで、適切な方法で文字列を扱うことができます。

文字列の宣言と初期化

文字配列による宣言

文字配列を使用して文字列を宣言する方法は、文字の配列としてメモリを確保し、各要素に文字を格納する方法です。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 文字配列による宣言と初期化
    char greeting[] = "こんにちは";
    
    // 配列の内容を表示
    printf("%s\n", greeting);
    return 0;
}

こんにちは

この方法では、配列のサイズは初期化時に自動的に決定され、ヌル文字も自動的に追加されます。

配列の内容を変更することが可能です。

ポインタによる宣言

ポインタを使用して文字列を宣言する方法は、文字列リテラルの先頭アドレスを指すポインタを使用します。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    // ポインタによる宣言
    char *greeting = "こんにちは";
    
    // ポインタの指す内容を表示
    printf("%s\n", greeting);
    return 0;
}

こんにちは

この方法では、文字列リテラルは静的メモリ領域に配置され、通常は変更できません。

ポインタを使用することで、文字列の先頭アドレスを指し示すことができます。

文字列リテラルの使用

文字列リテラルは、ダブルクォーテーションで囲まれた文字の集合で、プログラム中で直接使用されます。

文字列リテラルは静的メモリ領域に配置され、通常は変更できません。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 文字列リテラルの使用
    printf("こんにちは\n");
    return 0;
}

こんにちは

文字列リテラルは、プログラム中で直接使用することで、簡潔に文字列を扱うことができます。

ただし、リテラル自体を変更することはできないため、注意が必要です。

文字列操作の基本

文字列の長さを取得する

C言語で文字列の長さを取得するには、標準ライブラリのstrlen関数を使用します。

この関数は、ヌル文字を除いた文字列の長さを返します。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "こんにちは";
    // 文字列の長さを取得
    size_t length = strlen(str);
    
    // 長さを表示
    printf("文字列の長さ: %zu\n", length);
    return 0;
}

文字列の長さ: 5

この例では、strlen関数を使用して文字列の長さを取得し、表示しています。

文字列のコピー

文字列をコピーするには、strcpy関数を使用します。

この関数は、ソース文字列をターゲット文字列にコピーします。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char source[] = "こんにちは";
    char destination[20];
    
    // 文字列のコピー
    strcpy(destination, source);
    
    // コピーされた文字列を表示
    printf("コピーされた文字列: %s\n", destination);
    return 0;
}

コピーされた文字列: こんにちは

この例では、strcpy関数を使用してsourceからdestinationに文字列をコピーしています。

文字列の結合

文字列を結合するには、strcat関数を使用します。

この関数は、ターゲット文字列の末尾にソース文字列を追加します。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char greeting[20] = "こんにちは";
    char name[] = "世界";
    
    // 文字列の結合
    strcat(greeting, name);
    
    // 結合された文字列を表示
    printf("結合された文字列: %s\n", greeting);
    return 0;
}

結合された文字列: こんにちは世界

この例では、strcat関数を使用してgreetingにnameを結合しています。

文字列の比較

文字列を比較するには、strcmp関数を使用します。

この関数は、2つの文字列を辞書順で比較し、同じ場合は0、異なる場合は正または負の値を返します。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str1[] = "こんにちは";
    char str2[] = "こんばんは";
    
    // 文字列の比較
    int result = strcmp(str1, str2);
    
    // 比較結果を表示
    if (result == 0) {
        printf("文字列は同じです。\n");
    } else if (result < 0) {
        printf("str1はstr2より小さいです。\n");
    } else {
        printf("str1はstr2より大きいです。\n");
    }
    return 0;
}

str1はstr2より小さいです。

この例では、strcmp関数を使用してstr1とstr2を比較し、その結果を表示しています。

文字列とメモリ管理

ヌル文字の重要性

C言語における文字列は、文字の配列であり、最後にヌル文字\0が付加されることで終端を示します。

このヌル文字は、文字列操作関数が文字列の終わりを認識するために非常に重要です。

ヌル文字がないと、関数はメモリの境界を超えて読み続け、予期しない動作を引き起こす可能性があります。

#include <stdio.h>
int main() {
    char str[] = {'こ', 'ん', 'に', 'ち', 'は', '#include <stdio.h>
int main() {
    char str[] = {'こ', 'ん', 'に', 'ち', 'は', '\0'};
    
    // ヌル文字があるため、正しく表示される
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}'};
    
    // ヌル文字があるため、正しく表示される
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

こんにちは

この例では、ヌル文字が正しく配置されているため、printf関数は文字列の終わりを認識し、正しく表示します。

バッファオーバーフローの防止

バッファオーバーフローは、配列の境界を超えてデータを書き込むことで、メモリの他の部分に影響を与える現象です。

これを防ぐためには、文字列操作時に配列のサイズを超えないように注意する必要があります。

strncpyやstrncatなどの関数を使用することで、指定したサイズまでしか操作を行わないようにできます。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char buffer[10];
    char input[] = "こんにちは世界";
    
    // バッファオーバーフローを防ぐためにstrncpyを使用
    strncpy(buffer, input, sizeof(buffer) - 1);
    buffer[sizeof(buffer) - 1] = '#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char buffer[10];
    char input[] = "こんにちは世界";
    
    // バッファオーバーフローを防ぐためにstrncpyを使用
    strncpy(buffer, input, sizeof(buffer) - 1);
    buffer[sizeof(buffer) - 1] = '\0'; // ヌル文字を明示的に追加
    
    printf("コピーされた文字列: %s\n", buffer);
    return 0;
}'; // ヌル文字を明示的に追加
    
    printf("コピーされた文字列: %s\n", buffer);
    return 0;
}

コピーされた文字列: こんにちは

この例では、strncpyを使用してバッファのサイズを超えないように文字列をコピーし、バッファオーバーフローを防いでいます。

動的メモリ確保による文字列操作

動的メモリ確保を使用することで、実行時に必要なメモリを確保し、文字列を操作することができます。

mallocやfreeを使用してメモリを管理します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
    char *dynamicStr;
    char input[] = "こんにちは";
    
    // 動的メモリの確保
    dynamicStr = (char *)malloc(strlen(input) + 1);
    if (dynamicStr == NULL) {
        printf("メモリの確保に失敗しました。\n");
        return 1;
    }
    
    // 文字列のコピー
    strcpy(dynamicStr, input);
    
    printf("動的に確保された文字列: %s\n", dynamicStr);
    
    // メモリの解放
    free(dynamicStr);
    return 0;
}

動的に確保された文字列: こんにちは

この例では、mallocを使用して動的にメモリを確保し、strcpyで文字列をコピーしています。

使用後はfreeでメモリを解放することが重要です。

動的メモリ確保を使用することで、必要なメモリサイズを柔軟に管理できます。

文字列操作の標準ライブラリ

<string.h>の概要

<string.h>は、C言語で文字列を操作するための標準ライブラリです。

このヘッダーファイルには、文字列の長さを取得したり、文字列をコピー、結合、比較するための関数が含まれています。

これらの関数を使用することで、文字列操作を効率的に行うことができます。

strlen関数の使い方

strlen関数は、文字列の長さを取得するために使用されます。

ヌル文字を除いた文字数を返します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "こんにちは";
    // 文字列の長さを取得
    size_t length = strlen(str);
    
    printf("文字列の長さ: %zu\n", length);
    return 0;
}

文字列の長さ: 5

この例では、strlen関数を使用して文字列の長さを取得し、表示しています。

strcpyとstrncpyの違い

strcpyとstrncpyは、文字列をコピーするための関数です。

strcpyは、ソース文字列をターゲット文字列にそのままコピーしますが、strncpyは指定したサイズまでしかコピーしません。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char source[] = "こんにちは";
    char dest1[20];
    char dest2[20];
    
    // strcpyを使用
    strcpy(dest1, source);
    printf("strcpyでコピー: %s\n", dest1);
    
    // strncpyを使用
    strncpy(dest2, source, 3);
    dest2[3] = '#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char source[] = "こんにちは";
    char dest1[20];
    char dest2[20];
    
    // strcpyを使用
    strcpy(dest1, source);
    printf("strcpyでコピー: %s\n", dest1);
    
    // strncpyを使用
    strncpy(dest2, source, 3);
    dest2[3] = '\0'; // ヌル文字を追加
    printf("strncpyでコピー: %s\n", dest2);
    
    return 0;
}'; // ヌル文字を追加
    printf("strncpyでコピー: %s\n", dest2);
    
    return 0;
}

strcpyでコピー: こんにちは
strncpyでコピー: こんに

この例では、strcpyは完全なコピーを行い、strncpyは指定したサイズまでコピーしています。

strcatとstrncatの使い方

strcatとstrncatは、文字列を結合するための関数です。

strcatは、ターゲット文字列の末尾にソース文字列を追加しますが、strncatは指定したサイズまでしか追加しません。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char greeting[20] = "こんにちは";
    char name[] = "世界";
    
    // strcatを使用
    strcat(greeting, name);
    printf("strcatで結合: %s\n", greeting);
    
    // 初期化し直し
    strcpy(greeting, "こんにちは");
    
    // strncatを使用
    strncat(greeting, name, 2);
    printf("strncatで結合: %s\n", greeting);
    
    return 0;
}

strcatで結合: こんにちは世界
strncatで結合: こんにちは世

この例では、strcatは完全な結合を行い、strncatは指定したサイズまで結合しています。

strcmpとstrncmpの使い方

strcmpとstrncmpは、文字列を比較するための関数です。

strcmpは2つの文字列を完全に比較し、strncmpは指定したサイズまで比較します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str1[] = "こんにちは";
    char str2[] = "こんばんは";
    
    // strcmpを使用
    int result1 = strcmp(str1, str2);
    printf("strcmpの結果: %d\n", result1);
    
    // strncmpを使用
    int result2 = strncmp(str1, str2, 3);
    printf("strncmpの結果: %d\n", result2);
    
    return 0;
}

strcmpの結果: -1
strncmpの結果: 0

この例では、strcmpは完全な比較を行い、strncmpは指定したサイズまで比較しています。

strcmpの結果が負の値であることは、str1がstr2より辞書順で小さいことを示しています。

strncmpの結果が0であることは、最初の3文字が同じであることを示しています。

文字列の応用例

文字列の分割

文字列の分割は、特定の区切り文字を基に文字列を複数の部分に分ける操作です。

C言語では、strtok関数を使用して文字列を分割することができます。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "こんにちは,世界,プログラミング";
    char *token;
    
    // 文字列の分割
    token = strtok(str, ",");
    while (token != NULL) {
        printf("%s\n", token);
        token = strtok(NULL, ",");
    }
    
    return 0;
}

こんにちは
世界
プログラミング

この例では、strtok関数を使用してカンマで区切られた文字列を分割し、各トークンを表示しています。

文字列の検索

文字列の中から特定の文字列を検索するには、strstr関数を使用します。

この関数は、最初に一致した部分文字列のポインタを返します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "こんにちは世界";
    char *substr = "世界";
    char *result;
    
    // 文字列の検索
    result = strstr(str, substr);
    if (result != NULL) {
        printf("見つかりました: %s\n", result);
    } else {
        printf("見つかりませんでした。\n");
    }
    
    return 0;
}

見つかりました: 世界

この例では、strstr関数を使用してstrの中からsubstrを検索し、結果を表示しています。

文字列のフォーマット

文字列のフォーマットは、sprintf関数を使用して、フォーマット指定子に従って文字列を生成します。

#include <stdio.h>
int main() {
    char buffer[50];
    int year = 2023;
    char event[] = "プログラミングコンテスト";
    
    // 文字列のフォーマット
    sprintf(buffer, "%d年の%s", year, event);
    
    printf("フォーマットされた文字列: %s\n", buffer);
    return 0;
}

フォーマットされた文字列: 2023年のプログラミングコンテスト

この例では、sprintf関数を使用して整数と文字列を組み合わせたフォーマットされた文字列を生成しています。

文字列の変換(数値⇔文字列)

数値を文字列に変換するには、sprintfを使用し、文字列を数値に変換するには、atoiやatofを使用します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    char str[10];
    int num = 123;
    double dnum;
    
    // 数値を文字列に変換
    sprintf(str, "%d", num);
    printf("数値を文字列に変換: %s\n", str);
    
    // 文字列を数値に変換
    dnum = atof("456.78");
    printf("文字列を数値に変換: %.2f\n", dnum);
    
    return 0;
}

数値を文字列に変換: 123
文字列を数値に変換: 456.78

この例では、sprintfを使用して整数を文字列に変換し、atofを使用して文字列を浮動小数点数に変換しています。

文字列のトークン化

文字列のトークン化は、strtok関数を使用して文字列をトークンに分割する操作です。

これは、文字列の分割と同様の手法です。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str[] = "C言語;プログラミング;文字列";
    char *token;
    
    // 文字列のトークン化
    token = strtok(str, ";");
    while (token != NULL) {
        printf("%s\n", token);
        token = strtok(NULL, ";");
    }
    
    return 0;
}