Си-строки (массивы символов)

В прошлом уроке мы разобрали динамические String-строки, а сейчас настало время “простых” статических строк – такая строка представляет собой массив символов типа char (char array) и для неё работает такой же синтаксис, как и для остальных массивов (урок про массивы). Конец строки определяется нулевым символом \0, за это такой тип строк называют null-terminated string. Также это стандартные строки языка Си и поэтому они называются cstring.

Си-строки

Основное отличие таких строк от String-строк: это обычный массив, размер которого известен заранее и не меняется в процессе работы. Можно объявить как массив и посимвольно задать текст:

char str[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '
char str[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};  // с нулевым символом на конце
'};  // с нулевым символом на конце

Такой вариант записи максимально неудобный, поэтому строки в C/C++ можно задавать просто текстом в двойных кавычках (компилятор сам посчитает размер массива):

char str[] = "hello";

Любой написанный в двойных кавычках текст:

• Воспринимается компилятором как массив символов, а точнее – указателем на первый символ.
• Имеет тип const char*.
• Хранится в оперативной памяти микроконтроллера.
• Компилятор автоматически добавляет в конец строки нулевой символ '\0'.

Полученный выше массив содержит 6 символов: 5 на слово hello и 1 на завершающий символ.

Си-строки можно складывать следующим образом:

char str[] = "Hello"   ", "   "World!";

И даже переносить сложение:

char str[] = "Hello"
", "
"World!";

Сложение происходит на этапе компиляции, то есть в машинном коде это будет одна большая строка.

У нас есть доступ к символам строки, как к элементам массива:

char str[] = "hello";
str[0] = 'a';
// здесь str == "aello"

В отличие от String-строк, Си-строки:

char str[] = "hello";
char str2[] = "world";

str += str2;      // НЕЛЬЗЯ складывать 
str = "text";     // НЕЛЬЗЯ присваивать после инициализации 
if (str == str2); // НЕЛЬЗЯ сравнивать

Для этого существуют специальные функции, о которых мы поговорим ниже.

Длина Си-строки

Для определения длины текста можно использовать оператор strlen(), который возвращает количество символов в строке. Сравним его работу с оператором sizeof():

char str[100] = "World";
sizeof(str);  // вернёт 100
strlen(str);  // вернёт 5

Здесь оператор sizeof() вернул количество байт, занимаемое массивом. Массив я специально объявил с размером бОльшим, чем содержащийся в нём текст. А вот оператор strlen() посчитал и вернул количество символов, которые идут с начала массива и до нулевого символа в конце текста без его учёта. А вот такой будет результат при инициализации без указания размера массива:

char text[] = "Hello";
strlen(text);   // вернёт 5 ("читаемых" символов)
sizeof(text);   // вернёт 6 (байт)

Массив строк

Можно создать один массив с несколькими строками и обращаться к ним по индексу, фактически это будет двухмерный массив. Выглядит следующим образом:

// объявляем массив строк
const char *names[]  = {
  "Period",   // 0
  "Work",     // 1
  "Stop",     // 2
};

// выводим третий элемент
Serial.println(names[2]); // выведет Stop

Таким образом удобно паковать строки для создания текстовых меню и прочего. Единственный большой минус – весь этот текст висит в оперативной памяти мёртвым грузом. Можно сохранить его во Flash – программной памяти (PROGMEM), об этом читайте в отдельном уроке.

F() macro

Есть готовый инструмент, позволяющий очень просто хранить статичные текстовые данные во Flash памяти для передачи в функции, которые могут с таким текстом работать. Этот способ хорош для последующего складывания строк или вывода текста в монитор порта или на дисплей. Достаточно обернуть строку в макрос F():

Serial.println(F("Hello, World!"));

Строка “Hello, World!” будет записана во Flash память и не займёт 14 байт (13 + нулевой) в оперативной.

Инструменты для Си-строк

Есть готовые функции, позволяющие конвертировать различные типы данных в строки:

• itoa(int_data, str, base) – записывает переменную типа int int_data в строку str с базисом* base.
• ltoa (long_data, str, base) – записывает переменную типа long long_data в строку str с базисом* base.
• ultoa (unsigned_long_data, str, base) – записывает переменную типа unsigned long unsigned_long_data в строку str с базисом* base.
• dtostrf(float_data, width, dec, str) – записывает переменную типа float float_data в строку str с количеством символов width и знаков после запятой dec.

* Примечание: base – основание системы счисления, тут всё как при выводе в Serial:

• DEC – десятичная
• BIN – двоичная
• OCT – восьмеричная
• HEX – шестнадцатеричная

float x = 12.123;
char str[10] = "";
dtostrf(x, 4, 2, str);
// тут str == "12.12"

int y = 123;
itoa(y, str, DEC);
// тут str == "123"

И наоборот, можно преобразовывать строки в численные данные, функция вернёт результат:

• atoi(str) – преобразование str в int
• atol(str) – преобразование str в long
• atof(str) – преобразование str в float

float x;
char str[10] = "12.345";
x = atof(str);
// тут x == "12.345"

Массивы символов не так просты, как кажутся: их возможности сильно расширяет стандартная библиотека cstring. Использование всех доступных фишек по работе с массивами символов позволяет полностью избавить свой код от тяжёлых String-строк и сделать его легче, быстрее и оптимальнее. Подробно обо всех инструментах можно почитать в официальной документации. Очень интересный пример с манипуляцией этими инструментами можно посмотреть здесь. А мы вкратце рассмотрим самые полезные.

Важный момент: библиотека работает со строками как с указателями, и многие функции возвращают как результат именно указатель. Как это понимать, если вы не читали урок про указатели и/или тема слишком сложная? Указатель – первый символ в строке, работа со строкой начнётся с него. Последним символом является нулевой символ, и для программы строка существует именно в этом диапазоне. Если какая-то функция возвращает указатель на конкретный символ в строке – по сути она возвращает часть строки, начиная с этого символа и до конца строки. Например, мы искали символ , в строке "Hello, world!". Программа вернёт нам указатель на эту запятую, по сути это будет кусочек той же самой строки, содержащий ", world!". Просто “начало” строки сместится.

char str1[] = "hello world";
char str2[] = "goodbye";
// вставим bye после hello
strcpy(str1 + 6, str2 + 4); 
// тут str1 == hello bye

char str1[] = "hello world";
char str2[] = "goodbye";
// вставим good после hello
strncpy(str1 + 6, str2, 4); 
// тут str1 == hello goodd
// вторая d осталась после "world"

char str1[15] = "hello ";
char str2[] = "world";
strcat(str1, str2);
// здесь str1 - "hello world"

Библиотека

У меня есть библиотека для работы с Си-строками: их преобразования и парсинга на блоки данных. Некоторые инструменты реализованы гораздо эффективнее, чем в стандартной строковой библиотеке. Библиотека называется GParser, документацию и примеры смотрите на GitHub.

Видео

Полезные страницы

• Набор GyverKIT – большой стартовый набор Arduino моей разработки, продаётся в России
• Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress у проверенных продавцов
• Подборка библиотек для Arduino, самых интересных и полезных, официальных и не очень
• Полная документация по языку Ардуино, все встроенные функции и макросы, все доступные типы данных
• Сборник полезных алгоритмов для написания скетчей: структура кода, таймеры, фильтры, парсинг данных
• Видео уроки по программированию Arduino с канала “Заметки Ардуинщика” – одни из самых подробных в рунете
• Поддержать автора за работу над уроками
• Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту (alex@alexgyver.ru)