【C言語】文字コードをずらして置き換えた文字列を出力する【備忘録】

シーザー暗号：文字コードをずらして出力する

TechFULで解いていた問題のメモです。
修正に手間どったので、どのように解決したかの経緯と、新しく学んだ知識を書きます。

問題：
シーザー暗号化という文字列の暗号化方法があります。
これはすべての文字を、ある整数値(key値)だけ文字コードをずらした文字に置き換えるというものです。
標準入力から文字列strと、key値keyが与えられます。
この条件でシーザー暗号化された文字列cipherを出力してください。

（TechFULより引用）

条件：
key値は-10^9≦key≦10^9以下の整数
strは半角a～zで構成される0～256文字以下の文字列

負の整数を割った余りは負になる
ex）-17%4は1になる

最初に立てた方針：

・取得した文字に key%26 を足す
・'a'の文字コードより小さければ26を足す
・'z'の文字コードより大きければ26を引く

始め、char配列の宣言でコンパイルエラーが出ました。
以下のようなメッセージです。

main.c: In function 'main':
main.c:9:10: error: array size missing in 'str'
    9 |     char str[];
      |          ^~~

これは 配列strの要素数がなかった ことが原因でした。
後からscanf関数で文字列の長さが判明していない入力を受け取る場合でも、先に要素数を決めておく必要があります。

char配列の宣言には要素数が必要
char str[300];（入力よりも大きい要素数で用意）

サンプルケースはこれでうまくいきましたが、全テストケースにはまだ不正解が出ていました。

//不正解になったコード
    for (i = 0; strnlen(str, 258) > i; i++) {
        str[i] += key; //str[i]の値が128以上になってしまう場合がある！
        if (str[i] < 'a') {
            str[i] += 26;
        }
        else if (str[i] > 'z') {
            str[i] -= 26;
        }
    }

原因はchar型に格納できる値の範囲を考慮できていなかったことでした。
たとえば、'z'の文字コードは122であるため、key%26がとりうる最大値25が'z'に加算されると値は148となります。148は2進数8桁(2ビット)では表現しきれません。 符号付きchar型の最大値127を超えてしまい、間違った文字コードが代入されてしまう と思われます。

char型は2ビット（＝1バイト）
10進数で0～127まで表現できる

ASCIIコード

ASCIIとは、2進数7桁で表せる整数値に文字や記号などが割り当てられた文字コードです。
0～127までの整数が割り当てられています。

文字	10進数	16進数
NULL	0	0x00
A	65	0x41
Z	90	0x5A
a	97	0x61
z	122	0x7A

大文字と小文字のコード差は必ず32になっているので、±32をすることで大文字と小文字の変換をすることができます。ASCIIコードについては以下のサイトを参照しました。
参照したページ：
http://www3.nit.ac.jp/~tamura/ex2/ascii.html

char 変数 = '文字'; でchar型の変数に文字コードを格納する
printf("%d\n", ch); で文字コード（整数）を表示する
printf("%c\n", ch); で文字コードに対応した文字を表示する

char配列の長さを調べる方法

strlen 関数を使います。
使用する場合は先頭に#include <string.h>を記述する必要があります。

strnlen(char配列, 最大値)
　strlen関数よりも安全。
　NULLで終わらなくても最大値までしか読み込まないようにできる。

_mbstrlen(char配列)
　日本語のかな文字などにも対応。
　#include <locale.h> #include <stdlib.h>を先頭に追加する。

参照したページ：
https://programming.pc-note.net/c/mojiretsu2.html

全テストケース通ったときのコード：

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

int main()
{
    //input
    int key, i;
    char str[257];
    scanf("%d %s", &key, str);
    key = key % 26;

    for (i = 0; strnlen(str, 258) > i; i++) { //場合分けした後でstr[i]の値を操作する
        if (str[i] + key < 'a') {
            str[i] = str[i] + 26 + key;
        }
        else if (str[i] + key > 'z') {
            str[i] = str[i] - 26 + key;
        }
        else {
            str[i] = str[i] + key;
        }
    }

    //output
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

2022/10/9実施
参照先：TechFUL