التعامل مع المحارف والسلاسل النصية في لغة سي C

تُعتبر لغة البرمجة سي C من اللغات الأساسية التي تشكل حجر الزاوية في تعلم علوم الحاسوب والبرمجة، حيث تُستخدم في تطوير الأنظمة، البرمجيات، وحتى في برمجة الأجهزة المدمجة. ومن أهم الجوانب التي يتعامل معها المبرمجون في هذه اللغة هي المحارف (Characters) والسلاسل النصية (Strings)، حيث تلعب دوراً جوهرياً في عمليات الإدخال، الإخراج، معالجة النصوص، وبناء التطبيقات التي تتطلب التعامل مع البيانات النصية. لهذا، يكتسب فهم كيفية التعامل مع المحارف والسلاسل النصية في لغة سي أهمية كبيرة للغاية.

1. مفهوم المحارف (Characters) في لغة C

في لغة C، المحرف هو نوع بيانات أساسي يُخزن رمزًا واحدًا، ويُعرّف باستخدام النوع char. يمثل هذا النوع رموزًا فردية مثل الحروف، الأرقام، وعلامات الترقيم. من المهم ملاحظة أن المحارف في C تُخزن عادة في 1 بايت (8 بت) من الذاكرة، ما يسمح بتخزين 256 قيمة مختلفة (من 0 إلى 255 في حال كانت unsigned).

يتم تمثيل المحارف باستخدام علامات اقتباس مفردة 'A' أو '9'، وتتم معالجتها كقيم عددية (عادة قيم ASCII أو الترميز المستخدم). مثلاً، الحرف 'A' يُخزن كقيمة رقمية 65 في الترميز ASCII.

مثال تعريفي لمتغير محرف:

c
CopyEdit
char letter = 'A';

القيم الرقمية للمحارف

يمكن استخدام القيم الرقمية بدلاً من المحارف مباشرة. فعلى سبيل المثال:

c
CopyEdit
char ch = 65; // يعادل 'A' في ASCII

2. السلاسل النصية (Strings) في لغة C

السلسلة النصية هي مجموعة من المحارف المتتالية التي تمثل نصًا أو مجموعة حروف. في C، لا توجد نوع بيانات خاص للسلاسل النصية كما هو الحال في بعض اللغات الأخرى، بل تُعبّر السلاسل النصية بواسطة مصفوفة من المحارف char ينتهي بواحد خاص يسمى المحرف الصفري (null character) والذي يُمثّل بالرمز '\0'.

هذا المحرف هو مؤشر نهاية السلسلة، ومن دونه لا يستطيع المترجم معرفة نهاية النص.

تعريف سلسلة نصية

يمكن تعريف سلسلة نصية في C بطرق متعددة، منها:

c
CopyEdit
char name[] = "Mohamed";  // مصفوفة من المحارف تحتوي على النص "Mohamed" تليها '\0'

أو بتعريفها كمصفوفة محارف وتعبئتها يدوياً:

c
CopyEdit
char greeting[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};

3. كيفية تخزين السلاسل النصية في الذاكرة

السلاسل النصية في C تخزن كمصفوفة متجاورة من المحارف، وتنتهي بمحرف صفري '\0'، وهذا يعني أن أي عملية على سلسلة نصية يجب أن تراعي وجود هذا المحرف لضمان سلامة العمليات.

عند تعريف سلسلة نصية باستخدام الصيغة "text", المترجم يخصص مساحة في الذاكرة تضم الحروف متبوعة بـ '\0'.

مثلاً سلسلة "Hello" تُخزن في 6 خانات من الذاكرة:

| ‘H’ | ‘e’ | ‘l’ | ‘l’ | ‘o’ | ‘\0’ |

4. التعامل مع السلاسل النصية: القراءة والكتابة

طباعة السلاسل النصية

يستخدم دالة printf لطباعة النصوص، مع تحديد %s كمحدد لطباعة سلسلة نصية:

c
CopyEdit
char message[] = "Hello, World!";
printf("%s\n", message);

قراءة السلاسل النصية

للقراءة من المستخدم يمكن استخدام دالة scanf مع محدد %s، لكنها تقرأ حتى أول مسافة أو نهاية السطر:

c
CopyEdit
char name[50];
scanf("%s", name);

لكن هذه الطريقة قد تكون غير كافية عند الحاجة لقراءة نص يحتوي على مسافات. بدلاً منها يمكن استخدام:

• gets (غير آمنة ولا يُنصح بها بسبب خطر تجاوز الحدود).

• fgets والتي تسمح بقراءة سطر كامل بأمان مع تحديد حد حجم المصفوفة.

مثال باستخدام fgets:

c
CopyEdit
char line[100];
fgets(line, sizeof(line), stdin);

5. مكتبة التعامل مع السلاسل النصية

لغة C توفر مكتبة قياسية مخصصة لمعالجة السلاسل النصية وهي مكتبة . تحتوي هذه المكتبة على دوال متعددة تساعد في:

• حساب طول السلسلة النصية.

• نسخ النصوص.

• مقارنة النصوص.

• دمج النصوص.

• البحث داخل النصوص.

أهم دوال مكتبة :

أمثلة على استخدام بعض هذه الدوال:

حساب طول نص:

c
CopyEdit
char str[] = "OpenAI";
size_t length = strlen(str);  // length = 6

نسخ نص:

c
CopyEdit
char source[] = "Hello";
char destination[10];
strcpy(destination, source);  // destination يحتوي على "Hello"

مقارنة نصوص:

c
CopyEdit
char a[] = "test";
char b[] = "test";

if (strcmp(a, b) == 0) {
    // النصان متطابقان
}

6. مشكلات شائعة في التعامل مع المحارف والسلاسل النصية

6.1 عدم وجود محرف نهاية السلسلة

في حال عدم وجود '\0' في نهاية السلسلة، تتصرف دوال المكتبة بشكل غير متوقع، مما قد يؤدي إلى تجاوز حدود المصفوفة، وتحصل أخطاء في الذاكرة أو برامج متوقفة عن العمل.

6.2 تجاوز حدود المصفوفة (Buffer Overflow)

عدم مراعاة حجم المصفوفة عند إدخال أو نسخ النصوص قد يؤدي إلى الكتابة خارج حدود الذاكرة المخصصة، وهو من أكبر الأخطاء في البرمجة بلغة C ويؤدي إلى مشاكل أمنية حرجة.

6.3 عدم التعامل مع النصوص التي تحتوي على مسافات

استخدام scanf("%s", str) يقرأ فقط حتى أول فراغ، لذا يُفضل استخدام fgets أو طرق أخرى عند الحاجة لقراءة نص كامل.

7. كيفية إنشاء وتعديل السلاسل النصية

7.1 تعريف السلاسل النصية

c
CopyEdit
char str1[] = "Hello";    // سلسلة نصية قابلة للتعديل
char *str2 = "World";     // سلسلة نصية ثابتة، غير قابلة للتعديل في بعض الأنظمة

7.2 تعديل محارف داخل السلسلة

يمكن تعديل المحارف داخل مصفوفة نصية معرفه، مثل:

c
CopyEdit
char text[] = "Hello";
text[0] = 'J';  // يصبح "Jello"

لكن تعديل نص معرف كمؤشر على ثابت نصي يؤدي إلى سلوك غير معرف.

8. تمثيل المحارف الخاصة

بعض المحارف لا يمكن تمثيلها مباشرة، مثل محارف الأسطر الجديدة، الجدولة، أو علامات الاقتباس. في لغة C يمكن تمثيلها باستخدام الرموز الهاربة (escape sequences):

مثال:

c
CopyEdit
printf("Hello\tWorld\n");

9. التعامل مع المحارف الرقمية والرموز

في بعض التطبيقات، يحتاج المبرمج التعامل مع رموز غير نصية مثل الأرقام الثنائية أو تمثيل الرموز من جداول أخرى غير ASCII (مثل UTF-8). لغة C الأصلية لا تدعم بشكل مباشر النصوص متعددة البايت (multi-byte characters) أو الترميزات المعقدة، لكن يمكن استخدام مكتبات خارجية للتعامل مع الترميزات مثل:

• مكتبة iconv لتحويل الترميزات.

• مكتبة wchar.h للتعامل مع محارف عريضة (wide characters) التي تسمح بدعم UTF-16 أو UTF-32.

10. دعم المحارف العريضة والسلاسل النصية متعددة البايت

تم تقديم أنواع بيانات مثل wchar_t التي تمثل المحارف العريضة (wide characters) بهدف دعم لغات متعددة تحتوي على أحرف أكبر من 1 بايت، مثل الحروف العربية، الصينية، اليابانية.

مثال:

c
CopyEdit
#include 

wchar_t wideChar = L'ع';
wchar_t wideStr[] = L"مرحبا";
wprintf(L"%ls\n", wideStr);

11. أمثلة متقدمة في التعامل مع السلاسل النصية

11.1 دمج سلسلتين نصيتين

c
CopyEdit
char str1[20] = "Hello, ";
char str2[] = "World!";
strcat(str1, str2);
// str1 تصبح "Hello, World!"

11.2 نسخ عدد معين من المحارف

c
CopyEdit
char src[] = "Programming";
char dest[6];
strncpy(dest, src, 5);
dest[5] = '\0';  // تأكد من وجود محرف نهاية السلسلة
// dest تحتوي على "Progr"

12. جدول يلخص أنواع الدوال الرئيسية في مكتبة ووظائفها

13. خاتمة

يعتبر التعامل مع المحارف والسلاسل النصية في لغة C من المواضيع الحيوية والأساسية في البرمجة، حيث تتطلب مهارات دقيقة في التحكم بالذاكرة، فهم كيفية التخزين، وكيفية استخدام الدوال المتاحة لضمان كتابة برامج آمنة وفعالة. يعتمد نجاح المبرمج على إتقانه للتعامل مع هذه المفاهيم الأساسية، لا سيما في بيئات التطوير التي تتطلب سرعة الأداء والكفاءة العالية، كأنظمة التشغيل، البرامج المدمجة، وتطبيقات الحوسبة منخفضة المستوى.

بالرغم من أن لغة C لا توفر أنواع بيانات متقدمة للسلاسل النصية كما في اللغات الحديثة، إلا أن المرونة التي توفرها هذه اللغة مع المكتبات المتوفرة، بالإضافة إلى أدوات التوسع، تجعلها من أقوى اللغات في مجال التحكم المباشر بالبيانات النصية وذاكرة الحاسوب.

المصادر

• كتاب: The C Programming Language – Brian W. Kernighan & Dennis M. Ritchie

• موقع: cplusplus.com – String Handling