文字列

[C++] 正規表現で文字列を置換する方法

C++で正規表現を使用して文字列を置換するには、標準ライブラリの<regex>ヘッダーを利用します。

具体的には、std::regex_replace関数を使用します。

この関数は、指定した正規表現パターンに一致する部分を新しい文字列に置き換えた結果を返します。

正規表現パターンはstd::regexクラスで定義し、置換対象の文字列と置換後の文字列を指定します。

目次から探す

std::regex_replaceの基本的な使い方
正規表現パターンの作成方法
- 基本的な構文
- 例：正規表現パターンの作成
置換の高度なテクニック
実践例：正規表現を使った文字列置換
他の文字列操作手法との比較
まとめ

std::regex_replaceの基本的な使い方

C++の標準ライブラリには、正規表現を扱うための機能が含まれています。

その中でも、std::regex_replaceは文字列の置換を行うための重要な関数です。

この関数を使うことで、特定のパターンにマッチする部分を簡単に置換することができます。

以下に基本的な使い方を示します。

#include <iostream>
#include <string>
#include <regex>
int main() {
    std::string originalText = "今日は晴れです。明日も晴れでしょう。";
    std::regex pattern("晴れ"); // 置換対象のパターン
    std::string replacedText = std::regex_replace(originalText, pattern, "曇り"); // 置換処理
    std::cout << "元の文字列: " << originalText << std::endl; // 元の文字列を表示
    std::cout << "置換後の文字列: " << replacedText << std::endl; // 置換後の文字列を表示
    return 0;
}

元の文字列: 今日は晴れです。明日も晴れでしょう。
置換後の文字列: 今日は曇りです。明日も曇りでしょう。

このコードでは、元の文字列に含まれる「晴れ」という単語を「曇り」に置換しています。

std::regexを使ってパターンを定義し、std::regex_replaceで置換を実行しています。

正規表現パターンの作成方法

正規表現は、特定の文字列パターンを表現するための強力なツールです。

C++では、std::regexを使用して正規表現パターンを作成します。

以下に、基本的なパターンの作成方法とその例を示します。

基本的な構文

構文	説明
`.`	任意の1文字にマッチ
`*`	直前の文字が0回以上繰り返される部分にマッチ
`+`	直前の文字が1回以上繰り返される部分にマッチ
`?`	直前の文字が0回または1回の部分にマッチ
`[]`	指定した文字のいずれか1文字にマッチ
`^`	行の先頭にマッチ
`$`	行の末尾にマッチ
`\|`	複数のパターンのいずれかにマッチ

例：正規表現パターンの作成

以下のサンプルコードでは、いくつかの正規表現パターンを作成し、それを使って文字列をマッチさせる方法を示します。

#include <iostream>
#include <string>
#include <regex>
int main() {
    std::string text = "abc123 xyz456";
    
    // 任意の1文字にマッチ
    std::regex pattern1("a.c"); // "a"と"c"の間に任意の1文字
    std::cout << std::boolalpha << std::regex_search(text, pattern1) << std::endl; // true
    // 数字が1回以上続く部分にマッチ
    std::regex pattern2("\\d+"); // 1回以上の数字
    std::cout << std::boolalpha << std::regex_search(text, pattern2) << std::endl; // true
    // "abc"または"xyz"にマッチ
    std::regex pattern3("abc|xyz"); // "abc"または"xyz"
    std::cout << std::boolalpha << std::regex_search(text, pattern3) << std::endl; // true
    return 0;
}

true
true
true

このコードでは、3つの異なる正規表現パターンを作成し、それぞれが文字列にマッチするかどうかを確認しています。

正規表現を使うことで、複雑な文字列の検索や置換が容易になります。

置換の高度なテクニック

std::regex_replaceを使用する際には、基本的な置換だけでなく、より高度なテクニックを活用することで、柔軟な文字列操作が可能になります。

以下に、いくつかの高度な置換テクニックを紹介します。

1. キャプチャグループを使用した置換

キャプチャグループを使うことで、マッチした部分の一部を再利用して置換することができます。

これにより、より動的な置換が可能になります。

#include <iostream>
#include <string>
#include <regex>
int main() {
    std::string originalText = "2023年10月31日";
    std::regex pattern("(\\d{4})年(\\d{1,2})月(\\d{1,2})日"); // 年月日をキャプチャ
    std::string replacedText = std::regex_replace(originalText, pattern, "$1/$2/$3"); // スラッシュ区切りに置換
    std::cout << "元の文字列: " << originalText << std::endl;
    std::cout << "置換後の文字列: " << replacedText << std::endl;
    return 0;
}

元の文字列: 2023年10月31日
置換後の文字列: 2023/10/31

2. 条件付き置換

条件に基づいて異なる置換を行うことも可能です。

これには、std::functionを使ってカスタムの置換ロジックを実装します。

#include <iostream>
#include <regex>
#include <string>

int main() {
    std::string originalText = "apple, banana, cherry";
    std::regex pattern("(apple|banana|cherry)"); // フルーツ名をキャプチャ
    std::string replacedText;
    std::sregex_iterator currentMatch(originalText.begin(), originalText.end(), pattern);
    std::sregex_iterator lastMatch;

    std::string::const_iterator searchStart(originalText.cbegin());
    while (currentMatch != lastMatch) {
        std::smatch match = *currentMatch;
        replacedText += std::string(searchStart, match.prefix().second);

        if (match.str() == "apple") {
            replacedText += "リンゴ";
        } else if (match.str() == "banana") {
            replacedText += "バナナ";
        } else {
            replacedText += "さくらんぼ"; // cherry
        }

        searchStart = match.suffix().first;
        ++currentMatch;
    }
    replacedText += std::string(searchStart, originalText.cend());

    std::cout << "元の文字列: " << originalText << std::endl;
    std::cout << "置換後の文字列: " << replacedText << std::endl;
    return 0;
}

元の文字列: apple, banana, cherry
置換後の文字列: リンゴ, バナナ, さくらんぼ

3. 置換の回数制限

std::regex_replaceでは、置換の回数を制限することもできます。

これにより、特定の数だけ置換を行うことができます。

#include <iostream>
#include <string>
#include <regex>
int main() {
    std::string originalText = "apple, apple, apple";
    std::regex pattern("apple"); // 置換対象のパターン
    std::string replacedText = std::regex_replace(originalText, pattern, "バナナ", std::regex_constants::format_first_only); // 最初の1回だけ置換
    std::cout << "元の文字列: " << originalText << std::endl;
    std::cout << "置換後の文字列: " << replacedText << std::endl;
    return 0;
}

元の文字列: apple, apple, apple
置換後の文字列: バナナ, apple, apple

これらの高度なテクニックを活用することで、std::regex_replaceを使った文字列の置換がより強力かつ柔軟になります。

正規表現の特性を理解し、適切に活用することで、複雑な文字列操作を簡単に実現できます。

実践例：正規表現を使った文字列置換

正規表現を使った文字列置換の実践例をいくつか紹介します。

これにより、実際のアプリケーションでどのように正規表現を活用できるかを理解できます。

以下の例では、メールアドレスのフォーマットを整える方法や、特定の単語を置換する方法を示します。

1. メールアドレスのフォーマットを整える

メールアドレスの形式を統一するために、正規表現を使用して不要な空白を削除し、ドメイン部分を小文字に変換する例です。

#include <iostream>
#include <string>
#include <regex>
#include <algorithm>
std::string formatEmail(const std::string& email) {
    std::regex pattern("\\s+"); // 空白をマッチ
    std::string formattedEmail = std::regex_replace(email, pattern, ""); // 空白を削除
    // ドメイン部分を小文字に変換
    std::size_t atPos = formattedEmail.find('@');
    if (atPos != std::string::npos) {
        std::transform(formattedEmail.begin() + atPos, formattedEmail.end(), formattedEmail.begin() + atPos, ::tolower);
    }
    return formattedEmail;
}
int main() {
    std::string email = " Example@DOMAIN.com ";
    std::string formattedEmail = formatEmail(email);
    std::cout << "元のメールアドレス: '" << email << "'" << std::endl;
    std::cout << "整形後のメールアドレス: '" << formattedEmail << "'" << std::endl;
    return 0;
}

元のメールアドレス: ' Example@DOMAIN.com '
整形後のメールアドレス: 'Example@domain.com'

2. 特定の単語を置換する

文章中の特定の単語を別の単語に置換する例です。

この例では、テキスト内の「悪い」を「良い」に置換します。

#include <iostream>
#include <string>
#include <regex>
int main() {
    std::string originalText = "今日は悪い天気です。悪いことは続くものです。";
    std::regex pattern("悪い"); // 置換対象のパターン
    std::string replacedText = std::regex_replace(originalText, pattern, "良い"); // 置換処理
    std::cout << "元の文字列: " << originalText << std::endl;
    std::cout << "置換後の文字列: " << replacedText << std::endl;
    return 0;
}

元の文字列: 今日は悪い天気です。悪いことは続くものです。
置換後の文字列: 今日は良い天気です。良いことは続くものです。

3. 複数の置換を一度に行う

複数の異なる単語を一度に置換する例です。

この例では、テキスト内の「猫」を「犬」に、「魚」を「鳥」に置換します。

#include <iostream>
#include <regex>
#include <string>

int main() {
    std::string originalText = "猫が好きです。魚も好きです。";
    std::regex pattern("(猫|魚)"); // 置換対象のパターン
    std::string replacedText;
    std::sregex_iterator currentMatch(originalText.begin(), originalText.end(), pattern);
    std::sregex_iterator lastMatch;

    std::string::const_iterator searchStart(originalText.cbegin());
    while (currentMatch != lastMatch) {
        std::smatch match = *currentMatch;
        replacedText += std::string(searchStart, match.prefix().second);

        if (match.str() == "猫") {
            replacedText += "犬";
        } else {
            replacedText += "鳥"; // 魚
        }

        searchStart = match.suffix().first;
        ++currentMatch;
    }
    replacedText += std::string(searchStart, originalText.cend());

    std::cout << "元の文字列: " << originalText << std::endl;
    std::cout << "置換後の文字列: " << replacedText << std::endl;
    return 0;
}

元の文字列: 猫が好きです。魚も好きです。
置換後の文字列: 犬が好きです。鳥も好きです。

これらの実践例を通じて、正規表現を使った文字列置換の具体的な活用方法を理解できるでしょう。

正規表現を駆使することで、複雑な文字列操作を簡単に実現できます。

他の文字列操作手法との比較

C++では、文字列操作を行うためのさまざまな手法が用意されています。

正規表現を使った文字列置換は非常に強力ですが、他の手法と比較することで、その利点や欠点を理解することができます。

以下に、一般的な文字列操作手法と正規表現の比較を示します。

1. 文字列の置換

手法	説明	利点	欠点
`std::string::replace`	文字列の特定の部分を直接置換する方法	シンプルで直感的	パターンマッチングができない
`std::regex_replace`	正規表現を使ってパターンに基づく置換	複雑なパターンに対応可能	パフォーマンスが低下する場合がある

2. 文字列の検索

手法	説明	利点	欠点
`std::string::find`	指定した文字列を検索する方法	簡単で高速	複雑なパターンには対応できない
`std::regex_search`	正規表現を使ってパターンを検索	複雑なパターンに対応可能	正規表現の学習コストがかかる

3. 文字列の分割

手法	説明	利点	欠点
`std::string::substr`	指定した位置から部分文字列を取得	シンプルで使いやすい	複雑な区切りには対応できない
`std::regex_token_iterator`	正規表現を使って文字列を分割	複雑な区切りに対応可能	コードが複雑になりがち

4. 文字列のトリミング

手法	説明	利点	欠点
`std::string::erase`	先頭や末尾の空白を削除する方法	シンプルで直感的	正規表現のような柔軟性はない
`std::regex_replace`	正規表現を使って空白を削除	複雑な条件に基づくトリミングが可能	パフォーマンスが低下する場合がある

正規表現は、複雑なパターンマッチングや置換を行う際に非常に便利ですが、シンプルな操作には他の手法が適している場合があります。

特に、単純な文字列の検索や置換には、std::stringのメソッドを使用する方が効率的です。

使用する手法は、具体的な要件やパフォーマンスの観点から選択することが重要です。

正規表現の強力さを理解しつつ、他の手法との使い分けを行うことで、より効果的な文字列操作が可能になります。