Les chapitres précédents présentaient la syntaxe des expressions régulières. Bien sûr, il faudra pratiquer pour assimiler correctement ce langage. Dans ce chapitre et les suivants, nous allons voir plus en détail l'utilisation des expressions régulières, mais côté C++ cette fois ci. Nous verrons également l'utilisation de plusieurs algorithmes de la bibliothèque standard.

Dans les chapitres précédents, vous avez vu l'utilisation de l'opérateur de comparaison == (“egal to” operator). La classe string fournit également cet opérateur, vous pouvez donc écrire :

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
 
int main() {
    std::string const s1 { "salut" };
    std::string const s2 { "salut" };
    std::string const s3 { "hello" };
    std::cout << std::boolalpha << (s1 == s2) << std::endl;
    std::cout << (s1 == s3) << std::endl;
}

affiche :

true
false

Remarque : ne pas oublier les parenthèses autour du test d'égalité pour string. L'opérateur « ayant un sens pour cette classe, le compilateur ne pourra pas savoir si vous souhaitez écrire :

std::cout << std::boolalpha << (s1 == s2) << std::endl;
std::cout << std::boolalpha << s1 == (s2 << std::endl);

Pour vérifier si deux chaînes sont différentes, il est possible d'utiliser l'opérateur booléen de négation ! : !(s1 == s2). Pour simplement, on peut directement utiliser l'opérateur de comparaison != (“not equal to” operator).

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
 
int main() {
    std::string const s1 { "salut" };
    std::string const s2 { "salut" };
    std::string const s3 { "hello" };
    std::cout << std::boolalpha << (s1 != s2) << std::endl;
    std::cout << (s1 != s3) << std::endl;
}

affiche :

false
true

On voit ici que les opérateurs == et != sont étroitement liés. Lorsque l'un de ces deux opérateurs est utilisable, on peut s'attendre à ce que l'autre opérateur le soit également. On dit qu'une classe qui propose l'opérateur d'égalité == qu'elle respecte le concept de “comparable par égalité” (EqualityComparable). Ce concept précise que l'opérateur d'égalité doit suivre les propriétés suivantes :

• réflexivité : quelque soit a, a == a est toujours vrai ;
• commutativité : si a == b, alors b == a ;
• transitivité : si a == b et b == c, alors a == c.

Ce concept est assez classique, on le retrouve en mathématique dans la théorie des ensembles. On voit ici un point important : lorsqu'une classe définit un opérateur ==, on s'attend à ce qu'elle suive un certain nombre de règles. On dit qu'elle suis une sémantique, cela facilite son utilisation. Du point de vue de l'utilisateur de cette classe, on pourra utiliser n'importe quelle classe respectant cette sémantique de la même façon. Du point de vue du concepteur de la classe (ce que vous apprendrez à faire dans la suite de ce cours), il suffit de définir les sémantiques que l'on souhaite donner à notre classe et l'écriture de cette classe sera simplifié.

Au contraire, le non respect d'une sémantique sera très perturbant pour l'utilisateur - et une source d'erreur sans fin. Imaginez que l'opérateur == ne réalise pas un test d'égalité, mais permet de faire la concaténation de deux chaînes ?

Bien sûr, ces considérations s'appliquent à l'ensemble des sémantiques usuelles, en particulier celle que l'on connait en mathématique (addition avec +, soustraction avec -, etc.)

Un concept complexe peut être décomposé en une série de concepts plus simple (par exemple “est comparable par égalité” est composé des concepts “est réflexif”, “est commutatif” et “est transitif”). De la même façon, il est possible de combiner des concepts pour créer de nouveaux concepts plus complexe. Un concept peut également autorisé ou interdire l'utilisation d'autres concepts (par exemple, le concept “est égal” autorise l'utilisation du concept “est différent”).

C'est la cas du concept “est comparable par égalité”, qui fait parti d'un concept plus général : la sémantique de valeur. Cette sémantique s'applique à tout ce qui représente une valeur : un entier, un nombre réel, un nombre complexe, une chaîne de caractères, un tableau de données, etc. La sémantique de valeur autorise les concepts suivants :

Constructible par défaut (DefaultConstructible). On peut initialiser avec une valeur par défaut (on parle aussi de “zero initialization” puisque la valeur par défaut sera 0 ou équivalent).

int const i {}; // construction par défaut

Copiable par construction (CopyConstructible) et par affectation (CopyAssignable). Cela signifie que l'on peut créer une valeur en copiant une autre valeur. Par exemple, pour un entier :

int const i { 123 };
int j { i }; // construction par copie
j = i;       // affectation par copie

Comparable par égalité (EqualityComparable) ou par “plus petit que” (LessThanComparable). Cela signifie que l'on peut utiliser les opérateurs d'égalité == et “plut petit que” < (ainsi que les opérateurs dérivés : “différent de” !=, “plus petit ou égal à” <=, “plus grand que” > et “plus grand ou égal à” >=) :

int const i { 123 };
int const j { 456 };
cout << (i == j) << endl; // égalité
cout << (i != j) << endl; // différent
cout << (i < j) << endl;  // plus petit
cout << (i <= j) << endl; // plus petit ou égal
cout << (i > j) << endl;  // plus grand
cout << (i >= j) << endl; // plus grand ou égal

Si cela a un sens, la sémantique de valeur permet également de définir des opérateurs arithmétiques classiques : addition +, soustraction -, multiplication * et division /. Par exemple, pour les entiers :

int const i { 123 };
int const j { 456 };
cout << (i + j) << endl; // addition
cout << (i - j) << endl; // soustraction
cout << (i * j) << endl; // multiplication
cout << (i / j) << endl; // division

Le rôle de ces opérateurs peut varier en fonction du type. Par exemple, l'opérateur + correspondra à une addition pour les types numériques et à une concaténation pour les chaînes de caractères string.

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
 
int main() {
    int const i1 { 1 };
    int const i2 { 2 };
    std::cout << (i1 + i2) << std::endl; // addition
    std::string const s1 { "1" };
    std::string const s2 { "2" };
    std::cout << (s1 + s2) << std::endl; // concaténation
}

affiche :

3
12

De plus, selon les types, tous les opérateurs n'ont pas forcement un sens. Par exemple, pour les chaînes string, seul l'opérateur + a un sens, les autres opérateurs ne sont pas définis.

Comme vous l'avez vu dans le chapitre sur les littérales, les littérales chaînes de caractères ne sont pas de type string, mais de type const char*. Ce type est un héritage du C++ historique et du langage C. Pourquoi ne pas utiliser ce type en C++ ?

Faisons un test simple. Essayons de comparer deux chaînes :

main.cpp

#include <iostream>
 
int main() {
    std::cout << std::boolalpha << ("b" < "a") << std::endl;
}

Ce code affiche :

main.cpp: In function 'int main()':
main.cpp:4:43: warning: comparison with string literal results in unspecified behaviour [-Waddress]
     std::cout << std::boolalpha << ("b" < "a") << std::endl;
                                           ^
true

Premier problème, le compilateur affiche un message d'avertissement pour prévenir que la comparaison de littérales chaînes produit un comportement indéterminé (astuce : si vous ne comprenez pas bien l'anglais, n'hésitez pas à vous servir d'un traducteur en ligne comme Google Translate ou de faire une recherche sur internet en copiant le message d'erreur). On parle de comportement indéterminé (Undefined Behavior ou UB) lorsque le comportement n'est pas défini dans la norme C++. Donc ce code pourra fonctionner différemment selon le compilateur, donner le résultat correct ou un résultat aléatoire, produire une erreur, etc. Dans l'idée d'écrire du code C++ moderne (donc de qualité), on évitera bien sûr d'écrire du code qui produit un comportement indéterminé.

Le second problème est que le résultat est vrai, alors que la lettre b est supérieur (dans l'ordre alphabétique) à la lettre a. Vous pouvez essayer avec n'importe quelle lettre (avec Clang sur Coliru), le résultat sera toujours vrai. L'explication de ce comportement nécessite de comprendre le fonctionnement des pointeurs (ce qui sort du cadre de ce cours débutant), mais le principal est de comprendre que cela ne donne pas le résultat attendu.

Le code similaire avec string ne posera pas de problème :

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
 
int main() {
    std::string const s1 { "b" };
    std::string const s2 { "a" };
    std::cout << std::boolalpha << (s1 < s2) << std::endl;
}

affiche :

false

En effet, la classe string implémente l'opérateur < en respectant la sémantique habituelle de cet opérateur (alors que le type char* utilise la sémantique des pointeurs). L'utilisation de char* est donc a éviter en C++ moderne.

Le code précédent fonctionne aussi si l'on déclare qu'une seule variable de type string :

main.cpp

std::string const s { "b" };
std::cout << std::boolalpha << (s < "a") << std::endl;

Dans ce cas, c'est bien la sémantique de string qui est utilisée, pas celle de char*. Pourquoi le compilateur utilise correctement l'opérateur < de string et le le fait pas lorsque l'on écrit “b” < “a” ?

Le compilateur procède de la façon suivante :

• Il commence par rechercher s'il existe un opérateur < qui correspond aux types utilisés. Donc string et char* dans un cas et deux char* dans l'autre cas. Cet opérateur existe pour les deux char* (mais s'applique sur les pointeurs, pas sur le contenu de la chaîne de caractères) et est donc utilisé. Dans les cas de string et char*, aucun opérateur ne convient.
• S'il n'existe pas d'opérateur, le compilateur essaie de convertir l'un des types pour trouver un opérateur < qui existe. Toutes les types ne sont pas convertissables dans n'importe quel autre type. Chaque classes spécifient les conversions qui sont autorisée ou non. Elles spécifient également si la conversion peut être implicite (le compilateur décide tout seul s'il réalise la conversion ou non) ou explicite (l'utilisateur doit écrit spécifiquement la conversion).

Dans le cas qui nous intéresse, il existe une conversion implicite de char* en string. Cela signifie que lorsque le compilateur rencontre un type char*, il est autorisé à le convertir en string sans demander l'autorisation à l'utilisateur. Le compilateur résout donc le code s < “a” en convertissant la littérale chaîne en string, puis appelle l'opérateur < qui s'applique sur deux string. Le code s < “a” est donc interprété par le compilateur de la même façon que le code s1 < s2.

Il est également possible d'écrire explicitement la conversion d'un type dans un autre en initialisant avec le type. Par exemple :

std::string const s { "b" };
std::cout << std::boolalpha << (s < std::string { "a" }) << std::endl;
// ou
std::cout << std::boolalpha << (std::string { "b" } < "a") << std::endl;

Vous apprendrez dans la partie sur la programmation orientée objet comment créer des classes autorisant les conversions implicites et explicites.

Comme indiqué précédemment, la classe string permet l'utilisation des opérateurs de comparaison habituels. Mais que signifie exactement la comparaison pour les chaînes de caractères ?

Comme indiqué dans la documentation (“lexicographically compares two strings”), les opérateurs de comparaison utilise l'ordre lexicographique. Cet ordre n'est pas compliqué à comprendre, c'est l'ordre que l'on utilise pour ranger les mots dans un dictionnaire par exemple.

Pour comparaison deux chaînes de caractères, on commence par prendre le premier caractère de chaque chaîne et on les compare. Si le caractère d'une des chaînes est inférieur (en sens du code ASCII) au caractère de l'autre chaîne, la chaîne correspondante est inférieure à l'autre chaîne. Si les deux caractères sont identiques, on compare les caractères suivant de chaque chaîne. Si une chaîne se termine avant une autre, elle est inférieure. Si tous les caractères sont identiques, les chaînes sont égales.

Voyons quelques exemples pour bien comprendre. Comparons les chaînes “abc” et “acd”. Les premiers caractères sont “a” et “a”. Ils sont identiques, on passe aux deuxièmes caractères. Ceux-ci sont “b” et “c”. Comme “b” est plus petit que “c”, la chaîne “abc” est inférieure à la chaîne “acd”.

Autre exemple. Comparons “abc” et ab”. Les premiers et deuxièmes caractères sont identiques, il faudrait donc comparer les troisièmes caractères. Cependant, la seconde chaîne ne possède pas de troisième caractère, elle est donc inférieure à la première.

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
 
int main() {
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << (std::string { "abc" } < std::string { "acd" }) << std::endl;
    std::cout << (std::string { "abc" } < std::string { "ab" }) << std::endl;
}

affiche :

true
false

La comparaison “plus petit que” est également un concept (LessThanComparable), ce qui implique que différentes propriétés doivent être respecté :

• n'importe quelle chaîne n'est pas inférieure à elle-même ;
• si une chaîne est inférieur à une seconde chaîne, on peut également dire que la seconde chaîne est n'est pas inférieure à la première (elle est supérieure ou égale) ;
• transitivité : si une chaîne a est inférieur à une chaîne b et que cette chaîne b est inférieure à une chaîne c, alors la chaîne a est inférieure à la chaîne c.

Bien sûr, ce concept est valable également pour les autres types du C++ (int, float, etc.) et de la bibliothèque standard (string, complex, etc.) qui possèdent des opérateurs de comparaison. Lorsqu'une classe définie un opérateur de comparaison, il est logique aussi que les autres opérateurs soient définies (il faudrait que cela ait un sens de ne pas les définir). Vous apprendrez dans la partie sur la programmation orientée objet (en particulier dans la partie sur la sémantique de valeur) comment définir ces opérateurs dans une classe que vous créez.

Les opérateurs de comparaison utilisés jusque maintenant sont définis en même temps que la classe à laquelle ils s'appliquent (string dans ce chapitre). Comme il n'est pas autorisé de modifier les classes de la bibliothèque standard, il n'est pas possible de modifier les algorithmes utilisés pour la comparaison de chaînes.

Bien sûr, une solution pour contourner le problème serait de réécrire cette classe string dans un nouvel espace de nom différent de std. Mais cela serait contraire au principe de réutilisation du code (un développeur intelligent est un développeur fainéant, réécrire une classe complète juste pour modifier le comportement d'un opérateur, c'est beaucoup de travail pour pas grand chose).

Heureusement, la bibliothèque standard a été conçu pour être réutilisable au maximum (n'hésitez pas à vous en inspirer lorsque vous créerez vos propres classes). L'idée pour rendre string (et bien d'autres classes de la bibliothèque standard, nous reviendrons dessus plus tard) est de séparer la partie “structure de données” et la partie “algorithmes”. De cette façon, il est possible d'écrire facilement de nouveaux algorithmes s'appliquant sur des classes existantes, mais également d'utiliser les algorithmes existants sur les nouvelles classes que vous créez.

Pour rendre les structures de données utilisables par les différents algorithmes de la bibliothèque standard, elles doivent respecter un nouveau concept : celui de “collection”. Une collection est une ensemble d'éléments (string est un ensemble de caractères) qui respecte les propriétés suivantes :

• avoir un premier élément, accessible en utilisant la fonction begin (en fonction libre ou en fonction membre) ;
• avoir un dernier élément, accessible en utilisant la fonction end (également en fonction libre ou en fonction membre) ;
• respecter la notion “élément suivant”, c'est-à-dire que chaque élément d'une collection possède un et un seul élément suivant. Cette élément est accessible en utilisant l'opérateur ++ ou la fonction libre next.

Il est alors possible de parcourir une collection depuis le premier élément jusqu'au dernier en passant d'un élément au suivant.

Pour rappel, une fonction membre s'écrit en utilisant l'opérateur . entre le nom d'une variable et la fonction membre. Une fonction libre s'applique sur une variable en la donnant en argument entre parenthèses. Les deux syntaxes sont identiques en termes de comportement du programme.

std::string const s {};
 
// premier élément
s.begin(); // fonction membre
begin(s);  // fonction libre
 
// dernier élément
s.end();   // fonction membre
end(s);    // fonction libre

Les algorithmes de la bibliothèque standard s'appliquent sur une collection en donnant en argument le premier et le dernier élément de la collection sur laquelle on souhaite appliquer l'algorithme. Par exemple, pour appliquer l'algorithme sort (qui permet de trier les éléments d'une collection), on écrira :

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
 
int main() {
    std::string s { "azerty" };
    std::sort(begin(s), end(s));
    std::cout << s << std::endl;
}

affiche :

aertyz

L'inclusion de l'en-tête <algorithm> permet d'utiliser les algorithmes de la bibliothèques standard.

La bibliothèque standard propose quelques algorithmes de comparaison, dont le comportement est similaire aux opérateurs de comparaison de string. Pour comparer si deux chaines (et plus généralement, deux collections) sont identiques, vous pouvez utiliser la fonction equal, qui prend en paramètre le premier élément et le dernier élément d'une collection et le premier élément d'une autre collection et retourne un booléen qui est vrai si les collections sont identiques.

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
 
int main() {
    std::string const s1 { "azerty" };
    std::string const s2 { "azerty" };
    std::string const s3 { "abcdef" };
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << std::equal(begin(s1), end(s1), begin(s2)) << std::endl;
    std::cout << std::equal(begin(s1), end(s1), begin(s3)) << std::endl;
}

affiche :

true
false

std::equal(begin(s1), end(s2), begin(s2)); // erreur, les deux premiers arguments
                                           // ne proviennent pas de la même collection

Le second algorithme de comparaison permet de réaliser la comparaison par ordre lexicographique. La fonction lexicographical_compare prend en argument les premiers et derniers éléments de deux collections que l'on souhaite comparer et retourne vrai si la première collection est inférieure à la seconde. Par exemple :

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
 
int main() {
    std::string const s1 { "azerty" };
    std::string const s2 { "azerty" };
    std::string const s3 { "abcdef" };
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << std::lexicographical_compare(begin(s1), end(s1), begin(s2), end(s2)) << std::endl;
    std::cout << std::lexicographical_compare(begin(s1), end(s1), begin(s3), end(s3)) << std::endl;
}

affiche :

false
false

Il est également possible de parcourir une collection du dernier élément au premier en utilisant les fonctions rbegin (reverse begin) et rend (reverse end). Ces fonctions sont utilisables uniquement en fonction membre. Il est par exemple possible de vérifier si deux sont sont des palindromes avec ces fonctions (un palindrome est un mot qui peut être lu de droite à gauche ou de gauche à droite, comme par exemple “kayak” ou “radar”).

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
 
int main() {
    std::string const s1 { "azerty" }; // non palindromique
    std::string const s2 { "abccba" }; // palindromique
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << std::equal(begin(s1), end(s1), s1.rbegin()) << std::endl;
    std::cout << std::equal(begin(s2), end(s2), s2.rbegin()) << std::endl;
}

affiche :

false
true

Pour terminer cette partie sur les algorithmes de la bibliothèque standard, il faut préciser qu'il existe une autre syntaxe pour les algorithmes. Par défaut, les algorithmes utilisent les opérateurs de comparaison classiques, comme par exemple l’égalité pour std::equal ou l'opérateur de comparaison < pour std::compare. Dans certain cas, il peut être intéressant d'utiliser d'autres fonctions de comparaison. Pour des raison de réutilisation du code, les concepteurs de la bibliothèque standard ont également prévu cette possibilité et il est possible de passer en argument une fonction de comparaison différente :

std::equal(begin(s1), end(s1), begin(s2), ma_fonction_de_comparaison);

Vous verrez dans les prochains chapitres comment utiliser les prédicats en détail et par la suite à créer vos propres prédicats.

Pour terminer ce chapitre sur la comparaison de chaînes, voyons l'utilisation des motifs pour valider une chaîne. La fonction correspondante, std::regex_match, a déjà été utilisée dans les chapitres sur les expressions régulières pour présenter leur syntaxe. Pour rappel, la syntaxe de base prend simplement en arguments la séquence cible et le motif et retourne vrai si la séquence correspond au motif.

std::regex pattern { "abc" };
std::string target { "abcdef" };
bool result = std::regex_match(target, pattern);

Il est également possible d'utiliser cette fonction en passant en arguments les premier et dernier éléments de la séquence cible, comme pour les algorithmes.

std::regex_match(begin(target), end(target), pattern);

match flags ? http://en.cppreference.com/w/cpp/regex/match_flag_type

exemples : https://support.google.com/a/answer/1371417?hl=fr

Ce chapitre présente plusieurs concepts, qui sont intéressant de retenir :

• constructible
• copiable
• comparable
• plus petit que

Ces différents concepts sont liés à un concept plus globale, la sémantique de valeur.

Collection