Zeichenketten und Adressoperator in C++

Der folgende Quelltext aus Beispiel 3 der dritten Sitzung (04.11.2014, http://www.hki.uni-koeln.de/node/17010) veranschaulicht die Arbeit mit Zeichenketten in Form von char-Arrays und dem Adressoperator („&“):

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

	char zeile[100] = "Dies ist ein Text aus mi Nacht.";
	int worte[20];
	int anzahlWorte;

	worte[0] = 0;
	anzahlWorte = 1;

	for (int i = 0; zeile[i] != '\0'; i = i + 1) {

		if (zeile[i] == ' ') {

			zeile[i] = '\0';
			worte[anzahlWorte] = i + 1;
			anzahlWorte = anzahlWorte + 1;
		}
	}

	for (int i = 0; i<anzahlWorte; i++) {

		cout << "Ein Wort: ";
		cout << &zeile[worte[i]];
		cout << endl;
	}

	return 1;
}

Nach Kompilierung präsentiert sich der Quelltext mit einer Konsolenanwendung, in der die einzelnen Wörter der Zeichenkette „Dies ist ein Text aus mi Nacht.“ zeilenweise ausgegeben werden:

Zeichenketten und Adressoperator - Konsolenoutput — Zeichenketten und Adressoperator – Konsolenoutput

Fehlt der Adressoperator „&“ in der Ausgaberoutine „cout“ (Zeile 27), so wird nur der jeweils erste Buchstabe der einzelnen Wörter zeilenweise ausgegeben:

Warum das so ist, das erschließt sich mit einem Blick auf den Arbeitsspeicher und der Funktionalität, die das Konsolenprogramm realisiert. In den ersten Zeilen werden die Arbeitsvariablen deklariert und initialisiert:

// char-Array zur Speicherung der Arbeitszeichenkette
char zeile[100] = "Dies ist ein Text aus mi Nacht.";

// Das int-Array "worte" dient dazu, die Startpositionen der einzelnen Wörter zu speichern
int worte[20];

// Anzahl der verarbeiteten Wörter
int anzahlWorte;

// Initialisierung: Das erste Wort startet an Position 0 der Arbeitszeichenkette
worte[0] = 0;

// Zähler für die Anzahl der Wörter
anzahlWorte = 1;

Die erste for-Schleife (Zeilen 14-22) dient dazu, die Arbeitszeichenkette Zeichen für Zeichen, d.h. von zeile[0] (Zeichen „D“) bis zeile[31] (Zeichen „\0“) zu durchlaufen und jedes Leerzeichen durch den String-Terminator „\0“ zu ersetzen:

// Jedes Zeichen der Arbeitszeichenkette betrachten,
// solange das betrachtete Zeichen nicht das String-terminierende Zeichen "\0" ist
for (int i = 0; zeile[i] != '\0'; i = i + 1) {

	// Ist das aktuell betrachtete Zeichen ein Leerzeichen?
	if (zeile[i] == ' ') {

		// Wenn ja, dann ersetze das Leerzeichen durch den Stringterminator
		zeile[i] = '\0';

		// Startposition des Wortes speichern, das mit der vorherigen Zeile abgeschlossen wurde
		worte[anzahlWorte] = i + 1;

		// Wortzähler erhöhen
		anzahlWorte = anzahlWorte + 1;
	}
}

Hat die for-Schleife ihre Arbeit beendet, stehen die Anfangspositionen der einzelnen Wörter im Array „worte“:

Wort 0 beginnt an Position 0 (gespeichert in worte[0])
Wort 1 beginnt an Position 5 (gespeichert in worte[1])
Wort 2 beginnt an Position 9 (gespeichert in worte[2])
Wort 3 beginnt an Position 13 (gespeichert in worte[3])
Wort 4 beginnt an Position 18 (gespeichert in worte[4])
Wort 5 beginnt an Position 22 (gespeichert in worte[5])
Wort 6 beginnt an Position 25 (gespeichert in worte[6])

Nachvollziehen lässt sich das mit der folgenden for-Schleife:

for (int i = 0; i < anzahlWorte; i++) {
		
	cout << "Wort " << i << " beginnt an Position "
		<< worte[i] << " (gespeichert in worte[" << i << "])" << endl;
}

Mit der letzten for-Schleife werden die einzelnen Wörter der Zeichenkette, wie sie in dem char-Array „zeile“ gespeichert sind, nach und nach ausgegeben:

// Gehe jedes mit "\0" abgeschlossene Wort durch
for (int i = 0; i < anzahlWorte; i++) {

	cout << "Ein Wort: ";
	// Zugriff auf die Startadresse des 1., 2., 3., etc. Wortes
	cout << &zeile[worte[i]];
	cout << endl;
}

Dass nun durch die Verwendung des Adressoperators „&“ die entsprechenden Wörter – und nicht einzelne Zeichen / Buchstaben – ausgegeben werden, erschließt sich mit einem Blick auf die Speicherung des char-Arrays „zeile“ im Arbeitsspeicher und der Adressierung seiner Bestandteile. Nach der Initialisierung des char-Arrays „zeile“ mit der Anweisung

char zeile[100] = "Dies ist ein Text aus mi Nacht.";

belegt das Array 31 Speicherstellen vom Typ char (Unterstrich == Leerzeichen):

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
D	i	e	s	_	i	s	t	_	e	i	n	_	T	e	x

16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
t	_	a	u	s	_	m	i	_	N	a	c	h	t	.	\0

Nach der ersten for-Schleife schaut das Array so aus:

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
D	i	e	s	\0	i	s	t	\0	e	i	n	\0	T	e	x

16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
t	\0	a	u	s	\0	m	i	\0	N	a	c	h	t	.	\0

Würde der Adressoperator „&“ in der for-Schleife weggelassen und die Ausgabe mit der Anweisung

cout << zeile[worte[i]];

vorgenommen, so würden die Inhalte der Speicherstellen 0, 5, 9, 13, 18, 22, 25 (vgl. Array „worte“) ausgegeben:

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
D	i	e	s	\0	i	s	t	\0	e	i	n	\0	T	e	x

16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
t	\0	a	u	s	\0	m	i	\0	N	a	c	h	t	.	\0

Wird nun in der for-Schleife mit

cout << &zeile[worte[i]];

der Adressoperator verwendet, dann wird an cout die Startadresse („los geht’s an Stelle 0 des Arrays“, „los geht’s an Stelle 5 des Arrays“) des entsprechenden Wortes übergeben. Die Funktion cout gibt anschließend alle Zeichen vom Anfang der Startadresse bis zum String-terminierenden Zeichen „\0“ aus. Weil cout in der Anweisung ohne „&“ mit dem Zeiger auf die Adresse der Speicherstelle arbeitet, lässt sich auf die einzelnen Zeichen der Zeichenkette wiederum über die folgende Anweisung zugreifen:

cout << *&zeile[worte[i]];

Das ist ein Zeiger („*“) auf die Adresse („&“) der Speicherstelle mit dem Index „worte[i]“ des char-Arrays „zeile“ – klingt kompliziert, ist eigentlich aber ganz einfach. 😉

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