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[C++] string과 string_view

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동적 스트링

C 스타일 스트링

C언어는 기본적으로 문자 배열 (Char Array) 로 스트링을 표현한다. 스트링의 마지막에 널 NUL 문자 '\0' 를 붙여서 스트링의 끝임을 표현한다. (NULL 아님 주의)

스트링을 다룰 때 메모리 공간에 항상 \0 을 위한 자리가 필요하다는 사실을 잊으면 안된다.

C++에서는 <cstring> 헤더 파일을 통해 C에서 사용하던 스트링 연산 함수들을 제공한다. <cstring>에 정의된 함수들은 대체로 메모리 할당 기능을 제공하지 않는 경우가 많다.

char* copyString(const char* str) {
	char* result = new char[strlen(str) + 1]; // strlen(str)은 '\0'을 포함안함 주의
	strcpy(result, str);
	return result;
}

strcpy() 의 경우, 인자로 받은 두 스트링 중 두 번째를 첫 번째 스트링에 복사한다. 문자열의 길이가 같은지는 확인하지 않기 때문에 주의가 필요하다.

스트링 길이를 확인하는 strlen() 함수의 경우에는 메모리 크기가 아니라 스트링 길이를 리턴하기 때문에 널 문자를 위한 자리를 추가하기 위해 strlen(str) + 1 로 복사할 result 문자열의 길이를 지정해야한다.

그냥 메모리 길이만큼 바로 리턴해주면 되는 것이 아닌가 생각할 수 있지만, 여러 개의 문자열을 이어 붙이는 경우에 문제가 생길 수 있다.

char* appendStrings(const char* str1, const char* str2) {
	char* result = new char[strlen(str1) + strlen(str2) + 1];
	strcpy(result, str1);
	strcat(result, str2);
}

위와 같은 경우에 strlen() 의 결과가 '\0' 를 포함하도록 구현됐다면 메모리 공간에 맞게 스트링 길이를 계산하기 번거롭다.

sizeof() 연산자로 데이터 타입 혹은 변수 크기를 구할 수 있는데, C 스타일 스트링의 경우 strlen()과 sizeof()의 결과가 다르니 스트링 길이를 구할 때는 sizeof()를 사용하면 안된다. 특히, C 스타일 스트링을 char[] 가 아니라 char*로 저장한 경우 sizeof()의 결과는 “포인터” 의 크기를 반환한다.

char text1[] = "abcde";
size_t textSizeof = sizeof(text1); // 6
size_t textStrlen = strlen(text1); // 5
 
const char* text2 = "abcde";
size_t textSizeof2 = sizeof(text2); // 플랫폼마다 다름
size_t textStrlen2 = strlen(text2); // 5

C스타일 스트링 함수 사용 시 보안 관련하여 경고나 에러메시지가 출력될 수 있는데, strcpy_s(), strcat_s() 등 길이를 명시하는 secure C 언어 라이브러리를 사용하면 된다. (근데 사실 string 을 사용하는게 마음 편하다)

스트링 리터럴

cout << "hello" << endl;

위 코드에서 hello 처럼 변수에 담지 않고 바로 값으로 표현한 스트링을 스트링 리터럴 이라고 부른다.

리터럴 풀링

스트링 리터럴은 메모리의 읽기 전용 영역에 저장되고, 코드에 같은 스트링 리터럴이 여러번 등장하면 그중 한 스트링에 대한 레퍼런스를 재사용하여 메모리를 절약한다. 이를 Literal Pooling (리터럴 풀링) 이라고 한다.

Raw String Literal

cpp11 부터 도입된 기능으로, 이스케이프 시퀀스 (ex. \t, \n)를 무시하는 문자열 리터럴이다.

R"(문자열 내용)"

기본 문법은 R"( 로 시작해서 )" 로 끝난다.

const char* str = R"(Hello "World"!)";

이러면 일반 스트링에서 선언 한 것처럼 "Hello \"World\"!" 같이 이스케이프 시퀀스 표현을 하지 않아도 되기 때문에 편리하다. 뿐만 아니라 \n 을 직접 입력할 필요 없이 그냥 엔터키를 눌러서 \n 을 지정했을 때와 같은 출력을 만들 수 있다.

)"로 끝나기 때문에 중간에 )" 가 들어올 수 없다는 점은 주의해야 한다.

)" 가 포함되어야 할때는 구분자를 지정해야 한다.

R"d-char-sequence(이 안에서는 가능)d-char-sequence"

d-char-sequence 라고 표현된 부분이 구분자 시퀀스이다. 구분자 시퀀스도 마찬가지로 스트링 리터럴 안에는 등장하면 안된다.

아래는 또다른 예시이다.

const char* str = R"-(Embedded )" characters)-";

스트링 리터럴을 잘 활용해서 DB 쿼리나 정규표현식, 파일 경로등을 쉽게 표현할 수 있다.

std::string 클래스

C++ 에서는 스트링을 쉽게 사용할 수 있는 std::string 클래스를 제공한다. <string> 헤더에 정의되어 있다.

string 클래스 사용법

string은 클래스지만 기본 타입처럼 사용할 수 있다. 연산자 오버로딩을 사용해서 +연산자에는 string concatenation, = 연산자에는 스트링을 복사하도록 하는 등

char* a = "12";
char b[] = "12";

위 두 스트링을 비교하려고 할 때, a==b 처럼 작성하면 스트링의 내용이 아니라 포인터 값을 비교하기 때문에 무조건 false가 리턴된다. == 대신, strcmp() 함수로 스트링을 비교해야만 한다.

if (strcmp(a, b) == 0) {} // 같으면 0, 다르면 -1 또는 1

string은 ==, !=, < 같은 연산자들을 오버로딩해서 스트링 연산에 적용할 수 있다. 메모리 관련 작업도 string 클래스가 알아서 처리해주기 때문에 편리하다.

string에서 제공하는 c_str() 메서드를 사용하면 C 언어와의 호환성을 보장할 수 있다.

c_str()은 C 스타일 스트링을 표현하는 const char * 를 리턴한다. 주의할 점은, string에 대한 메모리를 재할당하거나 string 객체를 제거하게 되면 c_str()로 리턴한 포인터를 사용할 수 없게 되므로, 메서드 호출 직후에 포인터를 활용하도록 해야 한다.

data() 메서드는 C++14 까지는 c_str()과 같이 const char* 로 값을 리턴했지만, cpp17 부터는 non-const 스트링에 대해 호출하면 char*을 리턴한다.

std::string 리터럴

스트링 리터럴은 주로 const char*로 처리하는데, 's' 를 사용하면 스트링 리터럴을 std::string으로 만들 수 있다.

auto strgin1 = "Hello World";  // const char*
auto string2 = "Hello World"s; // std::string

's'를 사용하려면 using namespace std::string_literals; 혹은 using namespace std; 를 추가해야 한다.

하이레벨 숫자 변환

숫자와 스트링을 쉽게 변환하는 헬퍼 함수가 존재한다.

string to_string(int val);
 
string to_string(unsigned val);
 
string to_string(long val);
 
// 이외에도 다양한 타입에 대한 변환 함수 ...

to_string()은 string 객체를 새로 생성해서 리턴한다.

반대로 스트링을 숫자로 변환하는 함수도 있다.

int stoi(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);
 
long stol(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);
 
unsigned long stoul(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);
 
long long stoll(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);
 
unsigned long long stoull(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);
 
float stof(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);
 
double stod(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);
 
long double stold(const string& str, size_t *idx=0, int base=10);

str은 변환할 원본 스트링, idx는 아직 변환되지 않은 부분의 맨 앞 문자의 인덱스를 가리키는 포인터, base는 변환할 수의 밑 (base) 이다.

위 변환 함수들은

  • 맨 앞의 공백 문자를 무시한다.
  • 변환 실패 시 invalid_argument 익셉션을 던진다.
  • 변환된 값이 리턴 타입의 범위를 벗어나면 out_of_range 익셉션을 던진다.

로우레벨 숫자 변환

cpp17 부터는 <charconv> 헤더로 로우레벨 숫자 변환 메서드를 다양하게 지원한다.

메모리 할당 관련 작업은 안해주기 때문에 호출 측에서 버퍼를 할당하는 식으로 사용해야 한다.

동적할당, 예외처리 등이 없기 때문에 고성능이고, 로케일 독립성을 가진다.

정수를 문자로 변환할 때는 to_chars() 함수를 사용한다.

to_chars_result to_chars(char* first, char* last, IntegerT value, int base=10);

IntegerT에는 signed 정수, unsigned 정수, char 가 나올 수 있다.

to_chars_result 타입으로 리턴된다.

struct to_chars_result {
	char* ptr;
	errc ec;
};

정상적으로 변환 됐다면 ptr 멤버는 끝에서 두 번째 문자를 가리키고, 그렇지 않으면 last와 같은 값이다. (ec == errc::value_too_large)

아래는 사용 예시이다.

std::string out(10, ' ');
auto result = std::to_chars(out.data(), out.data() + out.size(), 12345);
// 혹은 구조적 바인딩: auto [ptr, ec] = std::to_chars(...);
if (result.ec == std::errc()) { /* 제대로 변환된 경우 */}

이외에도 부동 소수점 타입 변환 함수도 있다.

to_chars_result to_chars(char* first, char* last, FloatT value);
to_chars_result to_chars(char* first, char* last, FloatT value
						, chars_format format);
to_chars_result to_chars(char* first, char* last, FloatT value
						, chars_format format, int precision);
enum class chars_format {
	scientific,
	fixed,
	hex,
	general = fixed | scientific
};

chars_format 플래그를 조합해서 부동소수점 타입의 포맷의 정할 수 있다.


스트링을 숫자로 변환할 수 있다.

from_chars_result from_chars(const char* first, const char* last,
							IntegerT& value, int base=10);
 
from_chars_result from_chars(const char* first, const char* last,
							FloatT& value,
							chars_format format = chars_format::general);
struct from_chars_result {
	const char* ptr;
	errc ec;
};

  • ptr은 변환 실패할 경우에 첫 번째 문자에 대한 포인터, 제대로 변환 될 때 last와 같다 (복잡하다;)

  • 변환된 문자가 하나도 없다면 ptr은 first와 같고 에러코드는 errc::invalid_argument가 된다.

  • 파싱된 값이 지정된 타입 범위보다 크면 errc::result_out_of_range가 된다.

  • from_chars()는 앞에 나온 공백을 무시하지 않는다. (to_chars()는 무시함)

std::string_view 클래스

cpp17

C++17이전에는 읽기 전용 스트링을 받는 함수의 매개변수 타입을 정할 때 문제가 있었다.

// 읽기 전용 함수 매개변수가 const std::string& 인 경우
void print(const std::string& str) { std::cout << str; }
 
// 읽기 전용 함수 매개변수가 const char* 인 경우
void print(const char* str) { std::cout << str; }

위 예시에서 print() 의 매개변수를 const string&로 해야하는지, const char*로 해야하는지 결정하기 힘들다.

  • const char* 로 하면: 매개 변수로 std::string을 c_str()이나 data()를 통해 한번 변환하는 과정이 필요하다.

  • const std::string&로 하면

const char* cstr = "hi";
 
print(cstr);
print("hi"); // 힙 할당 발생 오버헤드!!

스트링 리터럴이나 const char* 을 매개변수로 전달했을 때 임시 std::string 객체를 생성하여 리터럴이 복사되는 오버헤드가 발생한다. std::string_view를 사용하여 이러한 문제를 해소할 수 있다.


string_view는 c_str() 이 없다는 점을 제외하고 std::string과 같다. 추가적으로 remove_prefix(size_t), remove_suffix(size_t) 메서드로 오프셋만큼 스트링의 시작/끝 포인터를 앞으로 당기기/밀기 가능하다. (스트링 축소)

string과 string_view는 서로 concatenating 할 수 없다.

string str = "Hello";
string_view sv = " world";
 
// auto result = str + sv;    ---->    컴파일 에러!
auto result = str + sv.data();    // c_str() 은 없으나 data() 는 있음

string_view는 레퍼런스보다 값으로 전달하는 경우가 많다. 스트링 포인터와 길이만 유지하기 때문에 복사 오버헤드가 적다.

string_view extractExtension(string_view fileName) {
	return filename.substr(fileName.rfind('.'));
}

위처럼 정의된 함수를 사용하면 매개변수 호출 시 복제 연산이 일어나지 않는다!

std::string fileName = R"(c:\temp\my file.txt)";
std::cout << "C++ string: " << extractExtension(fileName) << std::endl;
 
const char* cString = R"(c:\temp\my file.txt)";
std::cout << "C string: " << extractExtension(fileName) << std::endl;
 
std::cout << "Literal: " << extractExtension(R"(c:\temp\my file.txt)") << std::endl;

string_view 생성자 중 원시 char* 버퍼와 길이를 받는 형태가 있다.

string_view(const char* ptr, size_t len);

NUL로 끝나지 않는 스트링 버퍼로 string_view를 생성할 수 있다.

사용 예시는 아래와 같다.

const char* buf = "Hello World";
 
std::string_view sv1(buf, 5); // "Hello"
 
std::string_view sv2(buf + 6, 5); // "World"

string_view로 string를 생성하려면 string_view::data() 를 사용하면 된다.

std::string_view 리터럴

'sv' std string 리터럴 에서 's'를 사용한 것처럼 스트링 리터럴을 string_view로 만들 수 있다.

'sv'를 사용하려면 using namespace std::string_view_literals; 를 추가해야 한다.

그래프 뷰