C++で指定した文字列が有効な数値かどうかを判定する方法

概念

本記事のテーマは、与えられた文字列が「有効な数値」であるかどうかを検証する方法です。単純な整数だけでなく、小数点や「2e5」のような指数表記(e表記)を含む文字列も正しく判定できるようにします。

このように、"12.5" や "2e5"(指数表記)は数値として有効ですが、"def" のような英字のみの文字列や、"10e4.4" のように e の後ろに小数点が含まれる文字列は無効と判定されます。

判定のアプローチ

文字列が有効な数値かどうかを判定するには、コード上で次のケースを適切に処理する必要があります。

• 文字列の先頭と末尾にある空白文字は読み飛ばします。

• 先頭に現れる「+」「-」「.」の各記号を許容します。

• 文字列を構成するすべての文字が {+, -, ., e, [0-9]} のいずれかに含まれていることを確認します。

• 「e」の後ろに「.」が出現してはならないことを確認します。

• 小数点「.」の直後には必ず数字が続かなければなりません。

• 「e」の直後には「+」「-」、または数字が続かなければなりません。

C++による実装例

// 入力された文字列が有効な数値かどうかを
// 判定するC++プログラム
#include <bits/stdc++.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int valid_number(string str1){
    int i = 0, j = str1.length() - 1;

    // 先頭の空白を読み飛ばす
    while (i < str1.length() && str1[i] == ' ')
        i++;

    // 末尾の空白を読み飛ばす
    while (j >= 0 && str1[j] == ' ')
        j--;

    // 空白のみの文字列は無効
    if (i > j)
        return 0;

    // 1文字しかなく、それが数字でない場合は無効
    if (i == j && !(str1[i] >= '0' && str1[i] <= '9'))
        return 0;

    // 先頭の文字が「.」「+」「-」または数字以外なら無効
    if (str1[i] != '.' && str1[i] != '+' && str1[i] != '-'
        && !(str1[i] >= '0' && str1[i] <= '9'))
        return 0;

    // 「.」または「e」がすでに出現したかを管理するフラグ
    bool flagDotOrE = false;

    for (; i <= j; i++) {

        // 数字、+、-、.、e 以外の文字が含まれていれば無効
        if (str1[i] != 'e' && str1[i] != '.'
            && str1[i] != '+' && str1[i] != '-'
            && !(str1[i] >= '0' && str1[i] <= '9'))
            return 0;

        if (str1[i] == '.') {
            // 「.」は一度しか使えず、「e」の後にも使えない
            if (flagDotOrE == true)
                return 0;
            // 「.」の直後には数字が必要
            if (!(str1[i + 1] >= '0' && str1[i + 1] <= '9'))
                return 0;
        }
        else if (str1[i] == 'e') {
            flagDotOrE = true;
            // 「e」の直前には数字が必要
            if (!(str1[i - 1] >= '0' && str1[i - 1] <= '9'))
                return 0;
            // 「e」の直後には「+」「-」または数字が必要
            if (str1[i + 1] != '+' && str1[i + 1] != '-'
                && !(str1[i + 1] >= '0' && str1[i + 1] <= '9'))
                return 0;
        }
    }
    return 1;
}

// 動作確認用のドライバーコード
int main(){
    string str1 = "0.1e10";
    if (valid_number(str1))
        cout << "true";
    else
        cout << "false";
    return 0;
}

出力

true

コードの解説

このプログラムは、まず両端の空白を取り除いたうえで、残った文字列を1文字ずつ走査して検証を行います。

• 前処理: インデックス i と j を使い、先頭と末尾の空白をスキップします。空白しか存在しない場合は無効と判断します。
• 先頭のチェック: 最初の文字は「+」「-」「.」または数字のいずれかでなければなりません。
• ループ内のチェック: 各文字が許可されたセット {+, -, ., e, 数字} に含まれているかを確認し、さらに「.」と「e」の位置関係や前後の文字を検証します。flagDotOrE フラグによって、「e」以降に「.」が再び現れることを防いでいます。

すべての条件を満たした場合のみ、その文字列は有効な数値として関数が 1(true)を返します。