C言語 strcatの使い方

  • C言語
  • 関数
最終更新日:

この記事のポイント

  • strcat関数の基本的な使い方と用途
  • バッファオーバーフローのリスクとその対策
  • strncat関数による安全な文字列連結
  • メモリ管理とパフォーマンスに関する考慮事項
  • 実用的なコード例とエラー回避のポイント

目次

C言語のstrcatとは？

C言語のstrcat関数は、2つの文字列を連結するための標準ライブラリ関数です。主に、既存の文字列の末尾に別の文字列を追加したいときに使用します。“strcat”という名前は、「string concatenation（文字列連結）」に由来したものです。

strcat関数はプログラムの内部で、第一引数の文字列（デスティネーション）の末尾に第二引数の文字列（ソース）を追加します。具体的には、デスティネーション文字列の終端NULL文字（'\0'）を見つけ、その位置からソース文字列をコピーし、最後にNULL文字を追加して新しい連結文字列を形成する流れです。

strcat関数には、いくつかの注意点があります。なかでも特に重要となるのは、デスティネーション文字列のバッファが、元の文字列とソース文字列、終端NULL文字を格納するうえで十分なサイズでなければならない点です。

十分なスペースが確保されていない場合、バッファオーバーフローが発生し、メモリ破壊やセキュリティ脆弱性につながる可能性があります。

C言語では、このリスクを軽減する手段として、標準ライブラリにはstrncatという関数も用意しています。strncat関数にはコピーする文字数を制限できる特徴があるため、バッファオーバーフローの対策ではより安全な選択肢になるでしょう。

ただし、strncat関数は、プログラムの完全な安全性を保証するものではありません。バッファサイズの管理は、プログラマーが常に行う必要があります。

strcat関数は、適切に使用することで文字列操作の強力ツールになるものです。ユーザー入力の処理、ファイルパスの構築、テキストフォーマットといったさまざまな場面で活躍するでしょう。

【関連】
C言語をもっと詳しく学ぶならpaizaラーニング

基本構文

strcat関数の基本構文は、以下のとおりです。

char *strcat(char *dest, const char *src);

上記のコードでは、srcからdestに文字列を連結します。destは元の文字列を含む配列で、srcはdestの末尾に追加される文字列です。戻り値はdestポインタになります。

以下のコードではsrcから最大n文字をdestに連結します。こちらも戻り値はdestポインタです。

char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);

strcat関数を使う場合、string.hヘッダーファイルをインクルードする必要があります。インクルードの基本例は、以下になるでしょう。

#include <string.h> char destination[50] = "dog and "; const char *source = "cat"; strcat(destination, source); // 結果: destination = "dog and cat"

上記のコードでは、destination文字列の末尾にsource文字列を追加しています。ここで重要となるのは、バッファオーバーフローを防ぐ理由から、destinationのバッファサイズが両方の文字列と終端NULL文字を格納するのに十分な大きさであることです。

実用例

strcat関数の特徴や、strncat関数との違いを理解し、適材適所の実装をしていくためには、実際のコードに触れて試行錯誤する経験を積むことがとても大切です。

このセクションでは、「dog」や「cat」といった動物の名前を使ったテーマのなかで、strcat関数の使い方やわかりやすいコードパターンを紹介しています。

これから示すコードは、開発現場でも使える実用的なものばかりです。

C言語を学習中の方は、ぜひとも自分のプログラムにコードパターンを実装し、動作などを確認してみてください。

各コードによる出力結果に触れたり、バッファオーバーフロー対処をしたりしていると、「〇〇の時はこれに注意！」などの経験則が少しずつ身に付いてきます。

また、この経験則が増えていくと、開発現場での迅速かつ安全性の高い判断も可能となってくるでしょう。

基本的な文字列連結操作

以下のコードパターンは、strcat関数を使った最も基本的な文字列連結の操作テクニックです。このコードでは、「dog」と「cat」の2つの文字列を連結しています。

strcat関数は、最初の引数（dest）の終端（NULL文字）を探し、その位置から2つ目の引数（src）の内容をコピーします。このテクニックの重要ポイントは、dest配列が両方の文字列と終端NULL文字を格納するうえで十分な大きさであることを確認しなければならない点です。

以下のコード例では20バイトを確保していますが、UTF-8などのマルチバイト文字を使う場合は特に注意が必要でしょう。

#include <stdio.h> #include <string.h> int main() { char dest[20] = "dog"; strcat(dest, "cat"); printf("結果: %s\n", dest); return 0; }







出力結果:
結果: dogcat
複数文字列の連結
以下のコードパターンは、複数の文字列を一度に連結する方法です。
strcatを連続して呼び出すことで、任意の数の文字列を一つの結果にまとめることが可能となります。
以下のコード例で行ったのは、動物名を「and」でつなげて一つの文章を作成するというものです。各連結操作は、前の結果に対して行われます。バッファオーバーフローを防ぐために、最終的な文字列の長さが目的のバッファサイズを超えないように注意する必要があるでしょう。ベストな対策は、文字列長を事前に計算するか、十分な大きさのバッファを確保するかのいずれかです。

  
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char result[50] = "dog";
    strcat(result, " and ");
    strcat(result, "cat");
    printf("%s\n", result);
    return 0;
}

  


  







出力結果:
dog and cat
バッファオーバーフロー問題
以下のコードパターンは、strcat関数の主要なリスクであるバッファオーバーフローを説明したものです。このコード例では、小さなバッファに対して大きな文字列を連結しようとした場合の問題を示しています。
実際の連結操作はコメントアウトしていますが、仮に実行された場合、バッファの範囲を超えて書き込みが行われてしまうことで、メモリ破壊やプログラムのクラッシュ、最悪の場合セキュリティ脆弱性につながる可能性があるでしょう。
このような問題を防ぐためには、常にバッファサイズを確認するか、次の例で示すstrncat関数を選択することが必要です。

  
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char small[10] = "fox";
    // 危険な操作（コメントアウト）
    // strcat(small, "トタヌキトテン");
    printf("バッファ容量: %lu\n", sizeof(small));
    return 0;
}

  


  







出力結果:
バッファ容量: 10
strncatによる安全な連結
続いて紹介するのは、安全性を高める目的でstrncat関数を選択した場合の文字列連結の方法です。
strncat関数は、strcat関数の安全バージョンといっても過言ではありません。strncat関数では、追加文字数を制限できるため、バッファオーバーフローを防ぐことに役立ちます。
以下のコード例で示しているのは、10バイトのバッファに対して、残りのスペースだけを使って連結操作を行う処理です。strlen関数でバッファ内の現在の文字列長を確認すると、残りのスペースが算出可能です。それはつまり、残りスペースの範囲内でのみ連結を行うことで、バッファの境界を超えないことを意味します。
このテクニックは、外部データやユーザー入力を扱う場合に特に推奨される手法です。

  
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char buf[10] = "horse";
    strncat(buf, "zebra", sizeof(buf) - strlen(buf) - 1);
    printf("安全連結: %s\n", buf);
    return 0;
}

  


  







出力結果:
安全連結: horsezebr
動的メモリを使用した連結
以下のコードパターンで示しているのは、動的メモリ割り当てを使用して、サイズが事前にわからない文字列を安全に連結する方法です。
この例では、2つの文字列の長さを計算し、その結果に基づいて必要なメモリを確保しています。以下のテクニックを使うメリットは、常に必要十分なメモリサイズを使用できる点です。
特に、実行時に文字列サイズが変わる可能性が高い場合や、非常に長い文字列を扱う場合に有効なテクニックになります。ただし、malloc関数で割り当てたメモリはfree関数で解放する必要があります。注意しましょう。

  
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char *result = malloc(strlen("elephant") + strlen("giraffe") + 1);
    strcpy(result, "elephant");
    strcat(result, "giraffe");
    printf("%s\n", result);
    free(result);
    return 0;
}

  


  







出力結果:
elephantgiraffe
文字列配列の連結
以下のコードパターンは、文字列の配列を一つの文字列に連結するテクニックです。この例では、複数の動物名を含む配列の各要素を、指定のセパレータを挟んで連結しています。
ループを使うと、任意の長さの配列に対応可能です。しかし、長さが任意であるとバッファオーバーフローが起こりやすくなるため、結果文字列のバッファサイズには注意が必要でしょう。
以下のテクニックは、リスト形式のデータ表示やCSVのような区切り文字で区切られたデータの生成といった場面で役立ちます。また、配列の要素数をカウントする方法にも注目しましょう。

  
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    const char *animals[] = {"lion", "tiger", "cheetah"};
    char result[50] = "";
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        strcat(result, animals[i]);
        if (i < 2) strcat(result, "、");
    }
    printf("%s\n", result);
    return 0;
}

  


  







出力結果:
lion、tiger、cheetah
特殊文字と連結
以下のコードパターンは、特殊文字や制御文字を含む文字列の連結例です。このコード例では、タブ文字（'\t'）と改行文字（'\n'）を含む文字列を連結して、フォーマット済みのテキスト出力を作成しています。
C言語では、このような制御文字も通常の文字と同様に扱うことが可能です。また、strcat関数でも、問題なく連結できます。
このテクニックは、表形式のデータ出力や、特定のフォーマットを持つファイル生成などで役立つでしょう。出力結果を見ると、タブ文字によって列が整列し、改行文字によって行が分かれていることが認識できます。

  
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char text[100] = "Animal\tType\n";
    strcat(text, "kangaroo\tmammal\n");
    strcat(text, "crocodile\treptile");
    printf("%s\n", text);
    return 0;
}

  


  







出力結果:
Animal	Type
kangaroo	mammal
crocodile	reptile
パフォーマンス最適化
以下のコードパターンは、文字列連結をより効率的に行うための最適化テクニックです。連続した連結操作を行う場合に毎回strcat関数を呼び出すのは、とても非効率です。その理由は、文字列の終端を見つけるために、何度も同じ文字列をスキャンすることになるからといえます。
以下のコード例では、ポインタを使って現在の位置を追跡し、strcpy関数と組み合わせることで、余分なスキャンを避けています。strcpy関数は、文字列型データをコピーするための関数です。
大量の文字列連結や高性能が求められるアプリケーション開発では、このような最適化テクニックが求められるでしょう。

  
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char buffer[50] = "hippo";
    char *end = buffer + strlen(buffer);
    strcpy(end, "rhino");
    end += strlen("rhino");
    strcpy(end, "gorilla");
    printf("効率的連結: %s\n", buffer);
    return 0;
}

  


  







出力結果:
効率的連結: hipporhinogorilla
まとめ
C言語のstrcat関数は、文字列の連結で使用する強力ツールです。strcat関数を使うと、複数の文字列を組み合わせて新しいテキストを作成できます。
ただしstrcat関数には、バッファオーバーフローのリスクがあります。この関数を使うときには、デスティネーション配列のサイズに常に注意をする必要があるでしょう。
より安全なプログラミングをするうえでは、strcat関数の安全バージョンともいえるstrncat関数を使い、連結する文字数を明示的に制限するか、動的メモリ割り当てを使用して必要に応じてバッファサイズを調整するといった対策が必要です。
また、パフォーマンスが重要な場合は、連続した連結操作の最適化も検討すべきでしょう。
これらのテクニックを理解し適切に活用することで、効率的で安全な文字列処理が可能となります。特に外部データやユーザー入力を扱うプログラムでは、バッファオーバーフローの対策が特に重要となるでしょう。
レベルを更に上げたい方はpaizaプログラミングスキルチェックへ





























  1. paizaラーニングトップ
  2. リファレンス
  3. C言語のリファレンス記事一覧
  4. C言語 strcatの使い方