C 言語の文字列をマスター: 宣言、入力、出力、ライブラリ関数

C 言語における文字列とは？

C における 文字列 は、ヌル文字 (\0) で終端される連続した文字のシーケンスです。言語に専用の文字列型はありませんが、通常は char 型の配列として表現されます。文字列リテラルで初期化する際、コンパイラは自動的にヌル終端文字を追加します。

"Welcome to the world of programming!"

標準ライブラリヘッダー <string.h> には、文字列を効率的に操作するための豊富な関数が用意されています。

文字列の宣言と初期化

C は文字列を文字配列として扱うため、配列サイズを指定する必要があります。サイズはヌル終端文字を除く最大文字数を定義します。

char string_variable_name[array_size];

典型的な宣言:

char first_name[15]; /* 最大 14 文字 + \0 */
char last_name[15];

初期化子を与えると、コンパイラが文字数を数えて自動的にヌル終端文字を追加します。初期化子がある場合は配列サイズを省略可能です。

char first_name[15] = "ANTHONY";
char first_name[] = "NATHAN"; /* サイズ推論 */
char string3[6] = {'h','e','l','l','o','\0'}; /* 明示的終端 */

ユーザーからの文字列入力

入力関数は安全性と振る舞いが異なります:

• scanf("%s", name) – 空白まで読み取るがバッファオーバーフローの脆弱性あり。
• gets() – 1 行全体を読み取るが危険で C11 で削除済み。
• fgets(name, size, stdin) – 最大 size-1 文字を読み取り、ヌル終端文字分の余白を残す。

fgets 使用例:

#include <stdio.h>
int main() {
    char name[50];
    printf("Enter your full name: ");
    fgets(name, sizeof(name), stdin);
    printf("Your name is %s", name);
    return 0;
}

文字列の出力

文字列表示の古典的方法は printf("%s", name);。便利な代替手段:

• fputs(name, stdout) – 出力ストリームに直接書き込み。
• puts(name) – 文字列に改行を付けて出力。

puts 例:

#include <stdio.h>
int main() {
    char greeting[] = "Hello, world!";
    puts(greeting);
    return 0;
}

文字列ライブラリ (<string.h>)

よく使用される関数:

関数	説明
strlen	文字列の長さを返す (ヌル終端文字除く)。
strcat	ある文字列を別の文字列に連結。
strcmp	2 つの文字列を辞書順で比較。
strcpy	文字列をコピー。
strncmp	最大 n 文字まで比較。
strncpy	最大 n 文字までコピー。
strchr	文字の最初の出現位置を検索。
strrchr	文字の最後の出現位置を検索。
strstr	部分文字列を検索。
strncat	最大 n 文字まで連結。
strlwr	小文字に変換 (非標準)。
strupr	大文字に変換 (非標準)。
strrev	文字列を反転 (非標準)。

説明用プログラム:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char str1[20] = "Hello";
    char str2[20] = " World!";
    char result[40];
    /* 比較 */
    if (strcmp(str1, str2) == 0) puts("Strings are equal");
    else puts("Strings are not equal");
    /* 連結 */
    strcat(str1, str2); // str1 は "Hello World!" に
    printf("Concatenated: %s\n", str1);
    /* 長さ */
    printf("Length of str1: %zu\n", strlen(str1));
    /* コピー */
    strcpy(result, str1);
    printf("Copied string: %s\n", result);
    return 0;
}

文字列から数値への変換

標準変換関数:

• atoi – int に変換。
• atof – double に変換。
• atol – long に変換。

atoi 例:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    char number_str[20];
    printf("Enter a number: ");
    fgets(number_str, sizeof(number_str), stdin);
    int num = atoi(number_str);
    printf("You entered %d\n", num);
    return 0;
}

重要なポイント

• 文字列は \0 で終端される char 配列に格納される文字シーケンス。
• 使用前に配列サイズを宣言、または初期化時にコンパイラに推論させる。
• 安全な入力には fgets を使用。gets と境界チェックなしの scanf("%s") は避ける。
• <string.h> を活用して堅牢な文字列操作を行う。
• 文字列数値は atoi、atof、atol で変換し、実行時エラーを防ぐ。
• 文字列リテラルは読み取り専用。変更すると未定義動作の原因。