Opdracht 1: Gebruik van string en iostream.

© Harry Broeders.

Deze opdracht is bedoeld om je C kennis op te frissen en behandelt daarnaast enkele kleine verbeteringen van C++ ten opzichte van C. In de propedeuse heb je leren werken met character array's voor het opslaan van strings. In de standaard C++ library is het type string gedefinieerd dat veel eenvoudig te gebruiken is dan character array's. In C gebruik je de stdio library voor input en output bewerkingen. In de C++ standaard is de iostream library gedefinieerd die eenvoudiger te gebruiken is dan de stdio library. Deze nieuwe library is bovendien uitbreidbaar (zoals we in opdracht 2 zullen zien).

Lees voordat je met deze opgave gaat beginnen eerst hoofdstuk 1 van het dictaat door.

Het string type.

We zullen eerst de problemen met strings in C op een rijtje zetten en daarna het nieuwe string type uit C++ bespreken.

De problemen met strings in C.

De programmeertaal C heeft geen "echt" string type. Als je in C een string (rij karakters) wilt opslaan dan doe je dat in een character array. In C geldt de afspraak dat elke string wordt afgesloten door een zogenaamd nul-karakter '\0'. Voorbeeld:

char naam[] = "Harry"; // deze array bevat 6 karakters!

Een string in C heeft de volgende problemen:

• Een character array is statisch (de lengte wordt tijdens het compileren bepaald).
• Het nul-karakter als afsluiting is onhandig (de maximale lengte van de string is 1 minder dan de lengte van de array).
• De operatoren zijn niet bruikbaar (in plaats daarvan moeten de strxxx functies gebruikt worden).

#include <string.h>
#include <iostream.h>

int main() {
   char naam[10];
   naam = "Harry"; // Error! Zie opmerking 1.
   strcpy(naam, "Harry"); // OK
   cout<<naam<<endl;
   strcpy(naam, "Willem-Alexander"); // Error! Zie opmerking 2.
   strcpy(naam, "Alex"); // OK   
   cout<<naam<<endl;
   if (naam == "Alex") { // Error! Zie opmerking 3.
   // ...
   }
   if (strcmp(naam, "Alex") == 0) { // OK
   // ...
   }
}

Opmerkingen:

1. Deze regel geeft de volgende foutmelding: "Lvalue required". Aan een array variabele (naam) kun je namelijk niets toekennen. Als je de array wilt vullen dan moet je dat met de functie strcpy (gedefinieerd in <string.h>) doen.
2. Deze regel geeft tijdens het compileren geen foutmelding. Tijdens het uitvoeren van het programma kan het programma echter vastlopen of zelfs spontaan de harde schijf gaan formatteren! Dit komt doordat er 17 karakters (even natellen, en het nul-karakter niet vergeten) naar de array naam worden gekopieerd. Terwijl er maar 10 karakters gereserveerd zijn. In C wordt hier echter helemaal niet op gecontroleerd en de 7 extra karakters worden gewoon naar het geheugen geschreven (achter de 10 gereserveerde karakters). Dit kan tot gevolg hebben dat andere delen van je programma (of zelfs andere programma's) plotseling niet meer correct werken omdat hun geheugen overschreven wordt. De wet van Murphy zegt: Het programma zal pas vastlopen door deze fout als je het aan je belangrijkste klant demonstreert!
3. Ook deze regel geeft tijdens het compileren geen foutmelding. De vergelijking naam == "Alex" levert echter altijd false op! Als je twee array variabelen met elkaar vergelijkt dan worden hun adressen met elkaar vergeleken. Als je de inhoud van de array's met elkaar wilt vergelijken moet je de functie strcmp (gedefinieerd in <string.h>) gebruiken.

De oplossing in C++: het type string.

De programmeertaal C++ heeft wel een "echt" string type. Dit type is gedefinieerd in de standaard library. Later zul je leren dat string geen "ingebouwd" type is maar een "zelfgemaakt type" een zogenaamde class. Voor het gebruik maakt dat echter niet uit. Voorbeeld:

#include <string>
using namespace std;

string naam("Harry"); // deze string bevat 5 karakters.

Een string in C++ heeft de volgende voordelen ten opzichte van een string uit C:

• Een string is dynamisch (de lengte kan tijdens het uitvoeren van het programma, indien nodig, worden aangepast, er is dus ook geen maximale lengte!).
• De operatoren zijn gewoon bruikbaar.
• Het type string bevat veel extra functionaliteit.

#include <string> // Zie opmerking 1.
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
   string naam;
   naam = "Harry"; // Zie opmerking 2.
   cout<<naam<<endl;
   naam = "Willem-Alexander"; // Zie opmerking 3.
   cout<<naam<<endl;
   if (naam == "Willem-Alexander") { // Zie opmerking 4.
      cout<<"Hoi Alex!"<<endl;
   }
   return 0;
}

Opmerkingen:

1. De C++ include file <string> is dus heel wat anders dan de C include file <string.h>. Als je in een C++ programma toch de oude C strings wilt gebruiken (om oude C code te hergebruiken) dan kun je de oude strxxx functies includen met de include file <cstring>.
2. Je kunt gewoon een waarde toekennen aan een variabele van het type string met behulp van de operator =.
3. Het type string is dynamisch en "groeit" als dat nodig is!
4. Je kunt variabelen van het type string gewoon vergelijken met behulp van de operator ==.

Je eerste stap op weg naar object oriëntatie.

Nu komt de verrassing: een variabele van het type (eigenlijk de class) string is geen gewone variabele maar een object! Wat dat precies betekent wordt in hoofdstuk 3 van het dictaat uitgebreid behandeld. Op dit moment zullen we alleen bekijken wat dit betekent voor het gebruik van objecten (variabelen) van de class (het type) string.

Objecten zijn vergelijkbaar met gewone variabelen: ze hebben een naam en je kunt er "iets" in opslaan. Maar met objecten kun je iets wat met gewone variabelen niet kan. Je kunt objecten boodschappen (messages) sturen.

Je kunt een message naar een object sturen om het object een vraag te stellen. Als je wilt weten hoeveel karakters een object van de class string bevat dan kun je dat object de message size sturen. Het antwoord op deze message is dan een integer die het aantal karakters weergeeft.

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
   string naam("Willem-Alexander");
   cout<<"De naam "<<naam<<" bevat "<<naam.size()<<" karakters."<<endl;
   cin.get();
   return 0;
}

Uitvoer:
De naam Willem-Alexander bevat 16 karakters.

De syntax voor het versturen van een message is:
naam-van-object.naam-van-message(parameters)
Dus eerst de naam van het object waar naar toe de message verstuurd moet worden (dat object wordt de receiver van de message genoemd) dan een punt gevolgd door de naam van de message en tot slot een haakje openen en een haakje sluiten met daartussen eventuele parameters. De message size heeft geen parameters. Het versturen van een message lijkt een beetje op het aanroepen van een functie. In C++ wordt het versturen van een message meestal het aanroepen van een memberfunctie genoemd. Toch is er een duidelijk verschil tussen een memberfunctie (message) en een functie: een memberfunctie heeft een receiver en een gewone functie niet!

Je kunt ook een message naar een object sturen om het object iets te laten doen. Na afloop van de memberfuntie is het object dan veranderd. Als je bijvoorbeeld iets aan een object van de class string wilt toevoegen dan kun je dat object de message append sturen. De string die moet worden toegevoegd moet je als argument meesturen.

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
   string naam("Willem-Alexander");
   naam.append(" en Maxima");
   cout<<naam<<endl;
   cin.get();
   return 0;
}

Uitvoer:
Willem-Alexander en Maxima

De mogelijkheden van het type string.

Voor het complete overzicht verwijs ik je naar de helpfile van de class string. Als je in Borland C++ Builder het woordje string intypt en op F1 drukt moet je kiezen voor basic_string voor het complete overzicht. De typenaam string blijkt een andere naam te zijn voor het template type basic_string. Het begrip template wordt pas in hoofdstuk 4 van het dictaat behandeld.

In deze paragraaf worden enkele voorbeelden gegeven.

• Vergelijken met operatoren > < >= <= == != (spreekt voor zich).
• Losse karakters opvragen met de operator [].
  char c(s[2]);
  Als s gelijk is aan Maxima dan wordt het karakter c gelijk aan x.
• Losse karakters vervangen met de operator [].
  s[3]='a';
  Als s gelijk is aan Maxima dan wordt het s gelijk aan Maxama.
• Toekennen met operator = of met assign. Met assign kun je ook een deel van de ene string aan de andere string toekennen.
  s1.assign(s2, 7, 4);
s1 wordt gelijk aan het deel van s2 dat begint op positie 7 en 4 karakters lang is. Als s2 gelijk is aan Willem-Alexander dan zal s1 gelijk worden aan Alex.
• Toevoegen met operatoren + en += of met append. Met append kun je ook een deel van de ene string achter de andere string plakken.
  string s1("Willem");
s1+="-Alexander";
string s2("Maxima");
s2+=" en ";
s2.append(s1, 7, 4);
s2 wordt gelijk aan Maxima en Alex
• Invoegen met insert.
  s1.insert(4, s2);
  Voeg s2 op positie 4 in s1 in. Als s1 gelijk is aan Maxima en s2 gelijk is aan Willem-Alexander dan wordt s1 gelijk aan MaxiWillem-Alexanderma.
  s1.insert(4, s2, 7, 4);
  Als s1 gelijk is aan Maxima en s2 gelijk is aan Willem-Alexander dan wordt s1 gelijk aan MaxiAlexma.
• Verwijderen met erase.
  s1.erase(3, 10);
  Als s1 gelijk is aan Willem-Alexander dan wordt s1 gelijk aan Wilder.
• Vervangen met replace.
  s1.replace(0, 4, "Jongs");
  Als s1 gelijk is aan Maxima dan wordt s1 gelijk aan Jongsma.
• Gedeelte opvragen met substr.
  s1=s2.substr(7);
s1 wordt gelijk aan het deel van s2 dat begint op positie 7. Als s2 gelijk is aan Willem-Alexander dan zal s1 gelijk worden aan Alexander.
  Je kunt ook als tweede parameter opgeven hoeveel karakters er gekopieerd moeten worden:
  s1=s2.substr(7, 4);
s1 wordt gelijk aan het deel van s2 dat begint op positie 7 en 4 karakters lang is. Als s2 gelijk is aan Willem-Alexander dan zal s1 gelijk worden aan Alex.
• Zoeken met find.
  int i(s1.find("Alex"));
  Als s1 gelijk is aan Willem-Alexander dan wordt i gelijk aan 7. Als de string Alex niet in s1 voorkomt krijgt i de waarde string::npos (een in de class string gedefinieerde constante). Eigenlijk moeten we deze regel als volgt programmeren:
  string::size_type i(s1.find("Alex"));
  In de class string wordt namelijk het type size_type gedefinieerd dat gebruikt moet worden om indexwaarden van een string in op te slaan.
  Als tweede parameter kun je een index meegeven, het zoeken begint dan bij die index.
  string::size_type i(s1.find("le"));
string::size_type j(s1.find("le", 7));
  Als s1 gelijk is aan Willem-Alexander dan wordt i gelijk aan 3 en j gelijk aan 8.
  Zoals je hebt gezien doorzoekt find de string van voor naar achter. Je kunt de memberfunctie rfind gebruiken om van achter naar voor te zoeken.
• Zoeken met find_first_of.
  string::size_type i(s1.find_first_of("aeiou"));
  Zoek de eerste letter uit s1 die voorkomt in de als parameter meegegeven string. Als s1 gelijk is aan Maxima dan wordt i gelijk aan 1. Als de string s1 geen van de karakters a, e, i, o of u bevat krijgt i de waarde string::npos.
  Als tweede parameter kun je een index meegeven, het zoeken begint dan bij die index.
  Het gebruik van de functies: find_last_of, find_first_not_of en find_last_not_of spreekt denk ik voor zich.
• Conversie naar const char* met c_str().
  Op deze manier kun je functies die met een (ouderwetse character array (C-string)) werken toch gebruiken met het nieuwe C++ type string.

De iostream library.

Zoals je in paragraaf 1.7 van het dictaat hebt gelezen gebruiken we in C++ de input/output library iostream in plaats van de C library stdio. Het zal je niet verbazen dat de variabelen cin en cout die je in paragraaf 1.7 hebt leren kennen geen variabelen maar objecten zijn. Je kunt deze objecten (net als objecten van de class string) dus ook messages sturen. Elke class definieert echter zijn eigen messages. Het object cout is een object van de class ostream en het object cin is een object van de class istream. Later zal blijken dat dit niet helemaal klopt maar dat maakt voor dit verhaal niets uit. Naar een object van de class string kun je bijvoorbeeld de message size sturen om te vragen hoeveel karakters het object bevat. Naar cout kun je deze message echter niet sturen (dit object begrijpt deze message niet). De aanroep cout.size() geeft tijdens het compileren de volgende foutmelding: 'size' is not a member of 'ostream'. Welke messages je naar cout en cin kunt sturen kun je opzoeken in de helpfile van de class ostream respectievelijk istream. Bijvoorbeeld:

cout.fill('#');
cout.width(10);
int i(189);
cout<<i<<endl;

Uitvoer:
#######189

Voorbeeldprogramma.

Tot slot van deze inleiding volgt nog een voorbeeld waarin met objecten van de class string wordt gewerkt.

Merk op dat in dit programma de vernieuwingen die in C++ zijn ingevoerd ten opzichte van C namelijk het gebruik van abstracte data typen en object georiënteerde technieken in dit programma nog niet toegepast zijn. In dit programma wordt C++ dus op een C manier gebruikt. Dit is voor kleine programma's geen probleem. Als een programma echter groter is of als het uitbreidbaar of onderhoudbaar moet zijn kunnen we beter gebruik maken van de object georiënteerde technieken die C++ biedt. Deze technieken zullen in de volgende practicumopdrachten aan de orde komen.

#include <iostream>
#include <string> 
using namespace std;

int main () {
   cout<<"Geef je email adres: ";
   string mailAdres;
   cin>>mailAdres;
   string::size_type indexAapje(mailAdres.find("@"));
   if (indexAapje!=string::npos) {
      cout<<"Gebruiker: "
          <<mailAdres.substr(0, indexAapje)
          <<endl;
      cout<<"Machine:   "
          <<mailAdres.substr(indexAapje+1)
          <<endl;
   }
   else {
      cout<<mailAdres<<" is geen geldig email adres!"<<endl;
   }
   cout<<"Druk op de return-toets."<<endl;
   cin.get();
   cin.get();
   return 0;
}

Opdrachtomschrijving.

Deze opdracht bestaat uit de deelopdrachten 1a tot en met 1c. Opdrachten 1b en 1c moet je laten aftekenen door de docent.

Opdracht 1a. Compileer en test het bovenstaande programma met behulp van Borland C++ Builder. Lees eerst de inleiding in het gebruik van C++ Builder.

Opdracht 1b. Het adres van een webpagina (een URL) kan opgesplitst worden in 4 delen. Het protocol, de machine, de directory en de file. Bijvoorbeeld: http://bd.eduweb.hhs.nl/sopx2/pract/opd1a.cpp kan worden gesplitst in: protocol:  http machine:   bd.eduweb.hhs.nl directory: sopx2/pract file:      opdr1a.cpp Schrijf een programma dat een ingetypte URL spitst op de hierboven beschreven methode.

Opdracht 1c. Soms is alleen 1 van de 4 onderdelen (protocol, machine, directory of file) nodig. Het ontleden van de hele URL is dan overbodig. Schrijf één of meer functies zodanig dat het volgende testprogramma correct werkt. Lees indien nodig eerst paragraaf 1.10 en 1.11 van het dictaat. int main() { string tURL("http://bd.eduweb.hhs.nl/sopx2/pract/opd1c.cpp"); cout<<"test 1:"<<endl; OntleedUrl(tURL); cout<<"test 2:"<<endl; OntleedUrl(tURL, "file"); cout<<"test 3:"<<endl; OntleedUrl(tURL, "directory"); cout<<"test 4:"<<endl; OntleedUrl(tURL, "machine"); cout<<"test 5:"<<endl; OntleedUrl(tURL, "protocol"); cin.get(); return 0; } De uitvoer moet dan zijn: test 1: protocol: http machine: bd.eduweb.hhs.nl directory: sopx2/pract file: opdr1c.cpp test 2: file: opdr1c.cpp test 3: directory: sopx2/pract test 4: machine: bd.eduweb.hhs.nl test 5: protocol: http

verder met opdracht 2 ...