4.11 – Символы

На данный момент базовые типы данных, которые мы рассмотрели, использовались для хранения чисел (целые числа и числа с плавающей запятой) или значений истина/ложь (логические значения). Но что, если мы хотим хранить буквы?

#include <iostream>
 
int main()
{
    std::cout << "Would you like a burrito? (y/n)";
 
    // Мы хотим, чтобы пользователь вводил символ 'y' или 'n'
    // Как нам это сделать?
 
    return 0;
}

Для хранения символов был разработан тип данных char. Символом может быть одна буква, цифра, знак или пробел.

Тип данных char является целочисленным типом, что означает, что базовое значение хранится как целое число. Подобно тому, как логическое значение 0 интерпретируется как false, а ненулевое значение интерпретируется как true, целое число, хранимое переменной char, интерпретируется как символ ASCII.

ASCII расшифровывается как American Standard Code for Information Interchange (Американский стандартный код для обмена информацией) и определяет конкретный способ представления английских символов (плюс несколько других символов) в виде чисел от 0 до 127 (называемых кодом ASCII или кодовым обозначением). Например, код ASCII 97 интерпретируется как символ 'а'.

Символьные литералы всегда помещаются в одинарные кавычки (например, 'g', '1', '').

Ниже приведена полная таблица символов ASCII:

Коды 0–31 называются непечатаемыми символами и в основном используются для форматирования и управления принтерами. Большинство из них сейчас устарели.

Коды 32–127 называются печатными символами и представляют собой буквы, цифры и знаки препинания, которые большинство компьютеров используют для отображения основного английского текста.

Инициализация переменных char

Вы можете инициализировать переменные типа char, используя символьные литералы:

// инициализировать кодовым обозначением для 'a' (хранится как целое число 97) (предпочтительно)
char ch2 {'a'};

Вы также можете инициализировать переменные типа char целыми числами, но этого, если возможно, следует избегать.

// инициализировать целым числом 97 ('a') (не рекомендуется)
char ch1 {97}; 

char ch {5};   // инициализируем целым числом 5 (сохраняется как целое число 5)
char ch {'5'}; // инициализируем кодовым обозначением для '5' (хранится как целое число 53)

Печать переменных типа char

При использовании std::cout для печати переменной типа char, std::cout выводит переменную char как символ ASCII:

#include <iostream>
 
int main()
{
    char ch1{ 'a' };  // (предпочтительно)
    std::cout << ch1; // cout печатает символ
 
    char ch2{ 98 };   // кодовое обозначение для 'b' (не рекомендуется)
    std::cout << ch2; // cout печатает символ ('b')
 
 
    return 0;
}

Данная программа дает следующий результат:

ab

Мы также можем напрямую выводить символьные литералы:

cout << 'c';

В результате это дает:

c

Печать переменных char как целых чисел через приведение типов

Если мы хотим вывести char как число вместо символа, мы должны указать std::cout, чтобы он печатал переменную char, как если бы она была целочисленного типа. Один (плохой) способ сделать это – присвоить значение переменной char другой переменной целочисленного типа и напечатать эту переменную:

#include <iostream>
 
int main()
{
    char ch{97};
    int i{ch}; // инициализируем целочисленную переменную значением ch
    std::cout << i << '\n'; // выводим целочисленное значение
    return 0;
}

Однако это довольно коряво. Лучше использовать приведение типа. Приведение типа создает значение одного типа из значения другого типа. Для преобразования между базовыми типами данных (например, из char в int или наоборот) мы используем приведение типа, называемое статическим приведением.

Синтаксис статического приведения выглядит немного забавным:

static_cast<новый_тип>(выражение)

static_cast принимает значение из выражения в качестве входных данных и преобразует его в любой базовый тип, который представляет новый_тип (например, int, bool, char, double).

Ниже показан пример использования статического приведения для создания целочисленного значения из нашего значения char:

#include <iostream>
 
int main()
{
    char ch{ 'a' };
    std::cout << ch << '\n';
    std::cout << static_cast<int>(ch) << '\n';
    std::cout << ch << '\n';
    return 0;
}

Эта программа дает следующий вывод:

a
97
a

Важно отметить, что параметр static_cast вычисляется как выражение. Когда мы передаем переменную, эта переменная вычисляется для получения ее значения, которое затем преобразуется в новый тип. На переменную не влияет приведение ее значения к новому типу. В приведенном выше случае переменная ch по-прежнему является char и сохраняет то же значение.

Также обратите внимание, что статическое приведение не выполняет никакой проверки диапазона значений, поэтому, если вы приведете большое целое число в char, вы вызовете переполнение своей переменной char.

О статическом приведении типов и других типах приведения мы поговорим подробнее в следующем уроке (8.5 – Явное преобразование типов (приведение) и static_cast).

Ввод символов

Следующая программа просит пользователя ввести символ, а затем печатает его как символ и его код ASCII:

#include <iostream>
 
int main()
{
    std::cout << "Input a keyboard character: ";
 
    char ch{};
    std::cin >> ch;
    std::cout << ch << " has ASCII code " << static_cast<int>(ch) << '\n';
 
    return 0;
}

Ниже показан результат одного запуска:

Input a keyboard character: q
q has ASCII code 113

Обратите внимание, что std::cin позволяет вводить несколько символов. Однако переменная ch может содержать только 1 символ. Следовательно, в переменную ch извлекается только первый входной символ. Остальная часть пользовательского ввода остается во входном буфере, который использует std::cin, и может быть извлечена с помощью последующих вызовов std::cin.

Вы можете увидеть это поведение в следующем примере:

#include <iostream>
 
int main()
{
    std::cout << "Input a keyboard character: "; // предполагаем, что пользователь ввел "abcd" (без кавычек)
 
    char ch{};
    std::cin >> ch; // ch = 'a', "bcd" остается в очереди
    std::cout << ch << " has ASCII code " << static_cast<int>(ch) << '\n';
 
    // Примечание: следующий cin не запрашивает ввод данных у пользователя,
    // он захватывает входные данные из очереди!
    std::cin >> ch; // ch = 'b', "cd" остается в очереди
    std::cout << ch << " has ASCII code " << static_cast<int>(ch) << '\n';
    
    return 0;
}

Input a keyboard character: abcd
a has ASCII code 97
b has ASCII code 98

Размер, диапазон и символ по умолчанию у переменных char

char определяется C++ всегда размером 1 байт. По умолчанию char может быть со знаком или без знака (хотя обычно он со знаком). Если вы используете переменные char для хранения символов ASCII, вам не нужно указывать знак (поскольку переменные char со знаком и без знака могут содержать значения от 0 до 127).

Если вы используете char для хранения небольших целых чисел (чего не следует делать, если вы явно не оптимизируете используемую память), вы всегда должны указывать, со знаком переменная или нет. signed char (со знаком) может содержать число от -128 до 127. unsigned char (без знака) может содержать число от 0 до 255.

Экранированные последовательности

В C++ есть некоторые символы, которые имеют особое значение. Эти символы называются экранированными последовательностями (управляющими последовательностями, escape-последовательностями). Экранированная последовательность начинается с символа '\' (обратный слеш), за которым следует буква или цифра.

Вы уже видели наиболее распространенную экранированную последовательность: '\n', которую можно использовать для вставки символа новой строки в текстовую строку:

#include <iostream>
 
int main()
{
    std::cout << "First line\nSecond line\n";
    return 0;
}

Эта программа выдает:

First line
Second line

Еще одна часто используемая экранированная последовательность – '\t', которая включает горизонтальную табуляцию:

#include <iostream>
 
int main()
{
    std::cout << "First part\tSecond part";
    return 0;
}

Что напечатает:

First part        Second part

Три других примечательных экранированных последовательности:

• \' – печатает одинарную кавычку;
• \" – печатает двойную кавычку;
• \\ – печатает обратный слеш.

Ниже приведена таблица всех экранированных последовательностей:

Вот несколько примеров:

#include <iostream>
 
int main()
{
    std::cout << "\"This is quoted text\"\n";
    std::cout << "This string contains a single backslash \\\n";
    std::cout << "6F in hex is char '\x6F'\n";
    return 0;
}

Эта программа напечатает:

"This is quoted text"
This string contains a single backslash \
6F in hex is char 'o'

Новая строка (\n) против std::endl

Мы рассмотрели эту тему в уроке «1.5 – Знакомство с iostream: cout, cin и endl».

В чем разница между заключением символов в одинарные и двойные кавычки?

Отдельные символы всегда заключаются в одинарные кавычки (например, 'a', '+', '5'). char может представлять только один символ (например, букву а, знак плюса, цифру 5). Что-то вроде этого некорректно:

char ch{'56'}; // char может содержать только один символ

Текст, заключенный в двойные кавычки (например, "Hello, world!"), называется строкой. Строка – это набор последовательных символов (и, таким образом, строка может содержать несколько символов).

Пока вы можете использовать строковые литералы в своем коде:

std::cout << "Hello, world!"; // "Hello, world!" - это строковый литерал

Мы обсудим строки в следующем уроке (4.12 – Знакомство с std::string).

А как насчет других типов символов, wchar_t, char16_t и char32_t?

wchar_t следует избегать почти во всех случаях (за исключением взаимодействия с Windows API). Его размер определяется реализацией и не является надежным. Он не рекомендуется для использования.

Подобно тому, как ASCII сопоставляет целые числа 0–127 с символами английского алфавита, существуют и другие стандарты кодировки символов для сопоставления целых чисел (разного размера) с символами других языков. Наиболее известной кодировкой за пределами диапазона ASCII является стандарт Unicode (Юникод), который сопоставляет более 110 000 целых чисел с символами на многих языках. Поскольку Unicode содержит очень много кодовых обозначений, то для одного кодового обозначения, чтобы представить один символ, Unicode требуется 32 бита (кодировка UTF-32). Однако символы Unicode также могут быть закодированы с использованием 16-ти или 8-ми битов (кодировки UTF-16 и UTF-8 соответственно).

char16_t и char32_t были добавлены в C++11 для обеспечения явной поддержки 16-битных и 32-битных символов Unicode. char8_t был добавлен в C++20.

Если вы не планируете сделать свою программу совместимой с Unicode, вам не нужно использовать char8_t, char16_t или char32_t. Юникод и локализация в основном выходят за рамки этих руководств, поэтому мы не будем рассматривать их дальше.

А пока при работе с символами (и строками) вы должны использовать только символы ASCII. Использование символов из других наборов символов может привести к неправильному отображению ваших символов.

Теги