Chapter 01無料公開

<string>

Ryo Suzuki

2021.04.30に更新

このチャプターの目次

1. std::string の構築
2. std::string への入力
3. std::string の要素数
1. 3.1 要素数を調べる
2. 3.2 空の文字列であるかを調べる
4. std::string への代入
1. 4.1 別の文字列を代入する
5. std::string の比較
6. 要素へのアクセス
7. std::string の追加
8. 要素の削除
9. std::string の一部の取得
1. 9.1 指定した位置以降の文字列を取得する
2. 9.2 指定した位置以降、指定した個数文の文字列を取得する
10. std::string の入れ替え
1. 10.1 二つの std::string を交換する
11. std::string のイテレータ
1. 11.1 先頭位置のイテレータを取得する
2. 11.2 終端位置のイテレータを取得する
12. 数値から std::string への変換
1. 12.1 数値を std::string に変換する
13. 文字列から数値への変換
1. 13.1 数が書かれた文字列をパースして整数に変換する
2. 13.2 二進数が書かれた文字列をパースして整数に変換する

1～11: 文字列クラス std::string の機能
12: 数値を文字列に変換する関数
13: 文字列を数値に変換する関数

1. `std::string` の構築

1.1 文字列リテラルから構築する

文字列リテラル ("" で囲んでプログラム中に用意した文字列) を使って初期化します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "abc";
	std::cout << s << '\n'; // 保持している文字列を出力
	std::cout << s.size() << '\n'; // 要素数を出力
}

出力

abc
3

1.2 (個数) × (文字) で構築する

std::string s(n, ch); は、n 回繰り返す文字 ch で初期化します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s(5, 'a'); // 5 個の 'a'
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

出力

aaaaa
5

1.3 別の `std::string` から構築する

別の std::string 型の値をコピーして初期化します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "abc";
	std::string t = s; // s の値をコピー
	std::cout << t << '\n';
	std::cout << t.size() << '\n';
	std::cout << s << '\n'; // コピーしたほうは変化しない
	std::cout << s.size() << '\n'; // コピーしたほうは変化しない
}

出力

abc
3
abc
3

1.4 空の文字列

std::string 型のデフォルトコンストラクタは要素数が 0 の空の文字列を構築します
空の文字列も、何の問題もなくプログラムで使うことができます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s; // 空の文字列を構築
	std::cout << s << '\n'; // 出力しても何も表示されない
	std::cout << s.size() << '\n'; // 要素数は 0
}

出力

2. `std::string` への入力

2.1 標準入力の基本

1 回の std::cin で、改行もしくは空白文字が出現するまでの入力（単語）を 1 つ読み取ります
改行文字や空白文字は除去されます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s;
	std::cin >> s; // 標準入力から単語を読み込む
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

入力

apple

出力

apple
5

2.2 複数個の入力

複数の入力は、連続する >> で読み込むこともできます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s, t, u;
	std::cin >> s >> t >> u; // 標準入力から 3 つの単語を読み込む

	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
	std::cout << t << '\n';
	std::cout << t.size() << '\n';
	std::cout << u << '\n';
	std::cout << u.size() << '\n';
}

入力

apple
bird
cat

出力

apple
5
bird
4
cat
3

2.3 半角スペースによって入力が区切られる

1 行の入力の途中に空白文字が含まれていると、入力の区切りと見なされます
空白文字は除去されます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s, t;
	std::cin >> s >> t; // 標準入力から 2 つの単語を読み込む

	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	std::cout << t << '\n';
	std::cout << t.size() << '\n';
}

入力

blue ocean

出力

blue
4
ocean
5

2.4 丸ごと 1 行を入力

空白文字を含む 1 行を丸ごと読み込みたい場合は std::getline() を使います
改行文字は除去されます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s;
	std::getline(std::cin, s); // 標準入力から 1 行を読み込む
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

入力

blue ocean

出力

blue ocean
10

2.5 【サンプル】たくさんの単語を読み込む

最初に単語の個数 $N$ , 続いて $N$ 個の単語が入力される問題において、入力されるすべての単語を std::vector<std::string> に読み込んで保存します

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

int main()
{
	int N;
	std::cin >> N; // 単語の個数を読み込む

	std::vector<std::string> ss(N);
	for (auto& s : ss) // N 回繰り返す
	{
		std::cin >> s;
	}

	for (const auto& s : ss) // 読み込めていることを確認
	{
		std::cout << '>' << s << '\n';
	}
}

入力

4
red
green
blue
yellow

出力

>red
>green
>blue
>yellow

2.6 【サンプル】たくさんの単語を読み込む（入力個数が与えられない場合）

入力される単語数が最初に与えられない場合、std::cin >> s をループします。入力がこれ以上存在しなくなると if (std::cin >> s) が false になるので、それを検知したらループを終了します

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

int main()
{
	std::vector<std::string> ss;
	std::string in;
	while (std::cin >> in) // 入力がこれ以上存在しなくなるまで繰り返す
	{
		ss.push_back(in);
	}

	for (const auto& s : ss) // 読み込めていることを確認
	{
		std::cout << '>' << s << '\n';
	}
}

入力

red
green
blue
yellow

出力

>red
>green
>blue
>yellow

3. `std::string` の要素数

3.1 要素数を調べる

.size() は、文字列が持つ要素数を符号無し整数型の値で返します
同じ効果を持つメンバ関数 .length() もあります

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "abc";
	std::cout << s.size() << '\n'; // 要素数を出力

	s = "apple";
	std::cout << s.size() << '\n';
	std::cout << s.length() << '\n'; // .size() と同じ

	std::size_t n = s.size();
	std::cout << n << '\n';
}

出力

3.2 空の文字列であるかを調べる

.empty() は、要素数が 0 の文字列（空の文字列）であるかを bool 型の値で返します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s;
	std::string t = "abc";

	if (s.empty()) // 空の文字列なので true
	{
		std::cout << "s is empty.\n";
	}

	if (t.empty()) // 空の文字列ではないので false
	{
		std::cout << "t is empty.\n";
	}
}

出力

s is empty.

4. `std::string` への代入

4.1 別の文字列を代入する

= を使って別の文字列リテラルや std::string 型の値を代入します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "abc";
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s = "apple"; // 代入
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	std::string t = "bird";
	s = t; // 代入
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

出力

abc
3
apple
5
bird
4

5. `std::string` の比較

5.1 同じ文字列であるかを調べる

a == b の少なくとも一方が std::string 型の場合、2 つの文字列 a, b が一致するかを bool 型の値で返します

== の計算量: 最初に双方の要素数が同じかを調べるため、双方のサイズが異なる場合は $O(1)$ , それ以外の場合は $O(N)$

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "cat";
	std::string t = "dog";

	std::cout << std::boolalpha; // bool 型の値を true / false で表示させるためのマニピュレータ
	std::cout << (s == "cat") << '\n';
	std::cout << (t == "cat") << '\n';
	std::cout << (s == s) << '\n';
	std::cout << (s == t) << '\n';
}

出力

true
false
true
false

5.2 違う文字列であるかを調べる

a != b の少なくとも一方が std::string 型の場合、2 つの文字列 a, b が異なるかを bool 型の値で返します

!= の計算量: 最初に双方の要素数が違うかを調べるため、双方のサイズが異なる場合は $O(1)$ , それ以外の場合は $O(N)$

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "cat";
	std::string t = "dog";

	std::cout << std::boolalpha; // bool 型の値を true / false で表示させるためのマニピュレータ
	std::cout << (s != "cat") << '\n';
	std::cout << (t != "cat") << '\n';
	std::cout << (s != s) << '\n';
	std::cout << (s != t) << '\n';
}

出力

false
true
false
true

5.3 文字列の順序比較

<, <=, >, >= 演算子は 2 つの文字列の順序関係を bool 型の値で返します
基本の順序: 0 < 9 < A < Z < a < z
参考: ASCII コード表
順序の例: A < AA < AB < ABC < Aa < Ab < B < BA < Z < ZZ < a < aA < aa < b < zzz
大文字と小文字が混在する場合の順序には注意が必要です

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "cat";
	std::string t = "dog";

	std::cout << std::boolalpha; // bool 型の値を true / false で表示させるためのマニピュレータ
	std::cout << (s < t) << '\n';
	std::cout << (s < "dog") << '\n';
	std::cout << ("caa" < s) << '\n';
	std::cout << ("Dog" < t) << '\n';
}

出力

true
true
true
true

6. 要素へのアクセス

6.1 指定した位置の要素にアクセスする

s[index] で、指定した位置の要素 (char 型) にアクセスします
インデックスは先頭の文字が 0, その次が 1, ..., (.size() - 1) です
範囲外にアクセスしてはいけません

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "cat";
	std::cout << s[0] << '\n'; // 0 番目の要素を出力
	std::cout << s[1] << '\n'; // 1 番目の要素を出力
	std::cout << s[2] << '\n'; // 2 番目の要素を出力

	s[2] = 'n'; // 2 番目の要素を書き換え
	std::cout << s << '\n';
}

出力

c
a
t
can

6.2 先頭の要素にアクセスする

.front() で、文字列の先頭の要素にアクセスします
s[0] と同等です
空の文字列で使うと範囲外アクセスになるため注意が必要です

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "cat";
	std::cout << s.front() << '\n'; // 先頭の要素を出力

	s.front() = 'h'; // 先頭の要素を書き換え
	std::cout << s << '\n';
}

出力

c
hat

6.3 末尾の要素にアクセスする

.back() で、文字列の末尾の要素にアクセスします
s[(s.size() - 1)] と同等です（ただし 0 < s.size()）
空の文字列で使うと範囲外アクセスになるため注意が必要です

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "cat";
	std::cout << s.back() << '\n'; // 末尾の要素を出力

	s.back() = 'r'; // 末尾の要素を書き換え
	std::cout << s << '\n';
}

出力

t
car

6.4 指定した位置の要素にアクセスする（範囲外アクセスを例外で検出）

.at(index) で、指定した位置の要素 (char 型) にアクセスします
インデックスは先頭の文字が 0, その次が 1, ..., (.size() - 1) です
s[index] と異なり、範囲外アクセスがあった場合に std::out_of_range 例外を送出します。そのチェックのための追加のコストがあります

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "cat";
	std::cout << s.at(0) << '\n'; // 0 番目の要素を出力
	std::cout << s.at(1) << '\n'; // 1 番目の要素を出力
	std::cout << s.at(2) << '\n'; // 2 番目の要素を出力

	s.at(2) = 'n'; // 2 番目の要素を書き換え
	std::cout << s << '\n';
}

出力

c
a
t
can

6.5 range-based for を使い、各要素に `const` 参照でアクセスする

ループ内で要素を書き換えない場合、const 参照を使います
std::string に対する range-based for ループは、文字列の要素数がループ中に変更されないという前提で実行されるため、ループ内でその文字列の要素数を変更する操作をしてはいけません

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "apple";

	for (const auto& ch : s) // 要素の個数だけ繰り返すループ、ch は順に各要素への const 参照
	{
		std::cout << ch << '\n';
	}
}

出力

a
p
p
l
e

6.6 range-based for を使い、各要素に参照でアクセスする

ループ内で要素を書き換える場合、参照を使います
std::string に対する range-based for ループは、文字列の要素数がループ中に変更されないという前提で実行されるため、ループ内でその文字列の要素数を変更する操作をしてはいけません

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "apple";

	for (auto& ch : s) // 要素の個数だけ繰り返すループ、ch は順に各要素への参照
	{
		ch += 1;
	}

	std::cout << s << '\n';
}

出力

bqqmf

7. `std::string` の追加

7.1 前後に別の文字列を足した、新しい `std::string` を作成する

+ 演算子を使うと、前後に別の文字列を追加した新しい std::string を作成できます
元の文字列は変更されません

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "school";

	std::string t = ("high " + s); // 前に足した
	std::cout << t << '\n';
	std::cout << t.size() << '\n';

	std::string u = (s + " bus"); // うしろに足した
	std::cout << u << '\n';
	std::cout << u.size() << '\n';

	std::cout << ("my " + s) << '\n'; // 前に足した
}

出力

high school
11
school bus
10
my school

7.2 末尾に 1 文字追加する

.push_back(ch) で、文字列の末尾に文字 ch を追加します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "t";
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s.push_back('o'); // 末尾に `o` を追加
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';	

	s.push_back('p'); // 末尾に `p` を追加
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';	
}

出力

t
1
to
2
top
3

7.3 先頭に 1 文字追加する

.insert(it, ch) は、イテレータ it が指す位置の前に要素 ch を追加します
先頭位置のイテレータを返す .begin() と組み合わせることで、文字列の先頭に文字を追加できます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "p";
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s.insert(s.begin(), 'o'); // 先頭に `o` を追加
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';	

	s.insert(s.begin(), 't'); // 末尾に `t` を追加
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';	
}

出力

p
1
op
2
top
3

7.4 末尾に文字列を追加する

+= other; で、文字列の末尾に文字列 other を追加します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "t";
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s += "ea"; // 末尾に "ea" を追加
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n'; 

	std::string t = "cher";
	s += t; // 末尾に "cher" を追加
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n'; 
}

出力

t
1
tea
3
teacher
7

8. 要素の削除

8.1 末尾の要素を削除する

.pop_back() は末尾の要素を 1 つ削除します
空の文字列で使うと範囲外アクセスになるため注意が必要です

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "apple";
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s.pop_back(); // 末尾の要素を削除
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s.pop_back(); // 末尾の要素を削除
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

出力

apple
5
appl
4
app
3

8.2 先頭の要素を削除する

.erase(it) は、イテレータ it が指す位置の要素を削除します
先頭位置のイテレータを返す .begin() と組み合わせることで先頭の文字を削除できます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "apple";
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s.erase(s.begin()); // 先頭の要素を削除
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s.erase(s.begin()); // 先頭の要素を削除
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

出力

apple
5
pple
4
ple
3

8.3 文字列を消去する

.clear() を使うと、全要素を削除して空の文字列になります

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "apple";
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';

	s.clear(); // 要素を全消去
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

出力

apple
5

0

9. `std::string` の一部の取得

9.1 指定した位置以降の文字列を取得する

.substr(pos) は、pos 番目以降の文字列を新しい std::string として返します
インデックスは 0 から数えます
範囲外アクセスに注意が必要です

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "computer";
	std::cout << s.substr(1) << '\n'; // 1 番目の文字以降
	std::cout << s.substr(2) << '\n'; // 2 番目の文字以降
	std::cout << s.substr(5) << '\n'; // 5 番目の文字以降
}

出力

omputer
mputer
ter

9.2 指定した位置以降、指定した個数文の文字列を取得する

.substr(pos, count) は、pos 番目以降最大 count 個の文字列を新しい std::string として返します
第 1 引数 pos は範囲外アクセスに注意が必要です
第 2 引数 count は実際の要素数を超えた分は無視されます

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "computer";
	std::cout << s.substr(1, 3) << '\n'; // 1 番目以降最大 3 個
	std::cout << s.substr(2, 2) << '\n'; // 2 番目以降最大 2 個
	std::cout << s.substr(5, 100) << '\n'; // 5 番目以降最大 100 個
}

出力

omp
mp
ter

10. `std::string` の入れ替え

10.1 二つの `std::string` を交換する

std::string 型の変数 a, b の中身を入れ替えるには std::swap(a, b) を使います

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	std::string s = "apple";
	std::string t = "bird";

	std::swap(s, t); // 中身を交換

	std::cout << s << '\n';
	std::cout << t << '\n';
}

出力

bird
apple

11. `std::string` のイテレータ

削除や挿入、アルゴリズム関数で使うためのイテレータを、以下の関数で取得できます。イテレータを取得した時点から文字列のサイズが変更されると、そのイテレータは無効になることがあるため、イテレータを変数に保存して長い期間保持するのは避けるべきです。

11.1 先頭位置のイテレータを取得する

.begin() は文字列の先頭位置を指すイテレータを返します
空の文字列の場合 .begin() == .end() です

11.2 終端位置のイテレータを取得する

.end() は文字列の終端位置を指すイテレータを返します
空の文字列の場合 .begin() == .end() です

12. 数値から `std::string` への変換

12.1 数値を `std::string` に変換する

std::to_string(n) は、数 n を文字列に変換し、std::string 型で返します

#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
	int a, b;
	std::cin >> a >> b;
	
	std::string s = std::to_string(a + b);
	std::cout << s << '\n';
	std::cout << s.size() << '\n';
}

入力

300 800

出力

1100
4

13. 文字列から数値への変換

13.1 数が書かれた文字列をパースして整数に変換する

std::stoi(s, idx, base) は、文字列 s をパースし int 型で返します
std::stoull(s, idx, base) は、文字列 s をパースし unsigned long long 型で返します
s に書かれている数が、変換後の型で表現できる範囲外の場合、std::out_of_range 例外が送出されます

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdint> // std::uint64_t のため

int main()
{
	std::string s = "1200";
	std::string t = "9876543210";

	int ss = std::stoi(s); // int 型に変換
	std::uint64_t tt = std::stoull(t); // unsigned long long 型に変換

	std::cout << ss << '\n';
	std::cout << tt << '\n';
}

出力

1200
9876543210

13.2 二進数が書かれた文字列をパースして整数に変換する

std::stoi(s, idx, base) は、文字列 s を base 進数とみなしてパースし int 型で返します。idx は今回は使いません
std::stoull(s, idx, base) は、文字列 s を base 進数とみなしてパースし unsigned long long 型で返します。idx は今回は使いません
base を 2 に、idx を nullptr にすることで、二進数 01 で書かれた文字列 s を十進数の数値に変換できます
s に書かれている数が、変換後の型で表現できる範囲外の場合、std::out_of_range 例外が送出されます

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdint> // std::uint64_t のため

int main()
{
	std::string s = "0111";
	std::string t = "1000";
	// 1 が 64 個
	std::string u = "1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111";

	int ss = std::stoi(s, nullptr, 2); // int 型に変換
	int tt = std::stoi(t, nullptr, 2); // int 型に変換
	std::uint64_t uu = std::stoull(u, nullptr, 2); // unsigned long long 型に変換

	std::cout << ss << '\n';
	std::cout << tt << '\n';
	std::cout << uu << '\n';
}

出力

7
8
18446744073709551615