专栏:C++学习笔记
1. 为什么要学习 string
类?
1.1 C 语言中的字符串
在 C 语言中,字符串是以 '\0'
结尾的字符集合。如下所示:
#include <stdio.h>
int main() {
char str[] = "Hello, World!";
printf("%s\n", str);
return 0;
}
需要记住的知识点:
- C 风格字符串是以
'\0'
结尾的字符数组。- 使用
char
类型数组表示字符串。- C 库提供的字符串操作函数与字符串本身是分离的。
小李的理解 : C 语言中的字符串处理很基础,使用字符数组来存储,但需要手动管理内存,很容易出错。
1.2 两个面试题
字符串转整形数字
题目描述 :将字符串表示的数字转换为整形数字,例如将 "12345"
转换为 12345
。
实现方法 :可以使用 std::stoi
函数将字符串转换为整形数字。
示例代码:
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str = "12345";
try {
int num = std::stoi(str); // 将字符串转换为整形数字
std::cout << "字符串 \"" << str << "\" 转换为整形数字: " << num << std::endl;
} catch (const std::invalid_argument& e) {
std::cout << "无效的输入: " << str << std::endl;
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "输入超出范围: " << str << std::endl;
}
return 0;
}
需要记住的知识点:
- 使用
std::stoi
函数将字符串转换为整形数字。std::stoi
在转换失败时会抛出异常,可以根据需要进行异常处理。
小李的理解:
使用 std::stoi 函数非常方便,可以直接将表示数字的字符串转换为整形数字。这在处理用户输入或文件读取的数据时非常有用。
字符串相加
题目描述 :将两个字符串拼接成一个字符串,例如将 "Hello, "
和 "World!"
拼接成 "Hello, World!"
。
实现方法 :可以使用 +
运算符或者 append
方法将两个字符串拼接。
示例代码:
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str1 = "Hello, ";
std::string str2 = "World!";
// 方法1:使用 + 运算符拼接
std::string result1 = str1 + str2;
std::cout << "使用 + 运算符拼接: " << result1 << std::endl;
// 方法2:使用 append 方法拼接
std::string result2 = str1;
result2.append(str2);
std::cout << "使用 append 方法拼接: " << result2 << std::endl;
return 0;
}
需要记住的知识点:
- 使用
+
运算符可以方便地将两个字符串拼接。- 使用
append
方法也可以实现字符串拼接,适用于更复杂的字符串操作。
小李的理解:
C++ 中提供了多种字符串拼接方法,+ 运算符简单直观,适合拼接固定数量的字符串。append 方法则适合在循环或更复杂的逻辑中使用。
详细运行结果分析
字符串转整形数字
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str = "12345";
try {
int num = std::stoi(str); // 将字符串转换为整形数字
std::cout << "字符串 \"" << str << "\" 转换为整形数字: " << num << std::endl;
} catch (const std::invalid_argument& e) {
std::cout << "无效的输入: " << str << std::endl;
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "输入超出范围: " << str << std::endl;
}
return 0;
}
异常处理:
std::invalid_argument
:如果输入的字符串不是一个有效的整数,则会抛出此异常。std::out_of_range
:如果输入的字符串表示的整数超出了整形数字的范围,则会抛出此异常。
需要注意的地方 :std::stoi 在处理非常大的数字时,可能会抛出 std::out_of_range 异常。
补充代码:处理无效输入和超出范围的情况
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str1 = "12345";
std::string str2 = "12345abc";
std::string str3 = "99999999999999999999999999";
try {
int num1 = std::stoi(str1); // 正确转换
std::cout << "字符串 \"" << str1 << "\" 转换为整形数字: " << num1 << std::endl;
} catch (const std::invalid_argument& e) {
std::cout << "无效的输入: " << str1 << std::endl;
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "输入超出范围: " << str1 << std::endl;
}
try {
int num2 = std::stoi(str2); // 转换失败
std::cout << "字符串 \"" << str2 << "\" 转换为整形数字: " << num2 << std::endl;
} catch (const std::invalid_argument& e) {
std::cout << "无效的输入: " << str2 << std::endl;
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "输入超出范围: " << str2 << std::endl;
}
try {
int num3 = std::stoi(str3); // 转换失败
std::cout << "字符串 \"" << str3 << "\" 转换为整形数字: " << num3 << std::endl;
} catch (const std::invalid_argument& e) {
std::cout << "无效的输入: " << str3 << std::endl;
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "输入超出范围: " << str3 << std::endl;
}
return 0;
}
字符串相加
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str1 = "Hello, ";
std::string str2 = "World!";
// 方法1:使用 + 运算符拼接
std::string result1 = str1 + str2;
std::cout << "使用 + 运算符拼接: " << result1 << std::endl;
// 方法2:使用 append 方法拼接
std::string result2 = str1;
result2.append(str2);
std::cout << "使用 append 方法拼接: " << result2 << std::endl;
return 0;
}
细节分析:
- 使用
+
运算符拼接时,会生成一个新的字符串对象。- 使用
append
方法拼接时,会在原有字符串对象上进行修改,适合在需要多次拼接的情况下使用以减少不必要的对象创建。
补充代码:使用多次拼接的情况
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str1 = "Hello, ";
std::string str2 = "World!";
std::string str3 = " How are you?";
// 多次使用 + 运算符拼接
std::string result1 = str1 + str2 + str3;
std::cout << "多次使用 + 运算符拼接: " << result1 << std::endl;
// 多次使用 append 方法拼接
std::string result2 = str1;
result2.append(str2).append(str3);
std::cout << "多次使用 append 方法拼接: " << result2 << std::endl;
return 0;
}
通过这些详细的代码示例和运行结果分析,相信你能更好地理解如何在 C++ 中进行字符串转整形数字和字符串相加操作,并在实际应用中灵活使用这些方法。
2. 标准库中的 string
类
2.1 string
类的基本介绍
文档介绍
string
是一个表示字符序列的类。string
类提供了丰富的接口,类似于标准容器(如vector
),但还添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。string
是basic_string
模板类的一个实例,使用char
、char_traits
和allocator
作为模板参数。string
类独立于编码处理字节。
需要记住的知识点:
string
类表示字符序列。- 提供类似于标准容器的接口。
string
实际上是basic_string<char, char_traits, allocator>
的实例。
小李的理解 : string
类封装了字符串操作,提供了很多方便的函数,不需要我们手动管理内存。
示例代码
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str = "Hello, World!";
std::cout << str << std::endl;
return 0;
}
2.2 string
类的常用接口
构造函数
string()
:构造一个空的 string
对象。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s;
std::cout << "Empty string: '" << s << "'" << std::endl;
return 0;
}
string(const char* s)
:用 C 风格字符串构造 string
对象。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s("Hello, World!");
std::cout << s << std::endl;
return 0;
}
string(size_t n, char c)
:构造一个包含 n
个字符 c
的 string
对象。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s(10, 'a');
std::cout << s << std::endl;
return 0;
}
string(const string& s)
:拷贝构造函数,用另一个 string
对象构造新对象。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1 = "Hello";
std::string s2(s1);
std::cout << s2 << std::endl;
return 0;
}
容量操作
size()
/ length()
:返回字符串的有效字符长度。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
std::cout << "Size: " << s.size() << std::endl;
std::cout << "Length: " << s.length() << std::endl;
return 0;
}
capacity()
:返回字符串的总容量。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
std::cout << "Capacity: " << s.capacity() << std::endl;
return 0;
}
empty()
:检测字符串是否为空,空则返回 true
,否则返回 false
。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s;
if (s.empty()) {
std::cout << "String is empty" << std::endl;
}
return 0;
}
clear()
:清空字符串中的有效字符。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
s.clear();
std::cout << "String after clear: '" << s << "'" << std::endl;
return 0;
}
reserve(size_t res_arg=0)
:为字符串预留空间,不改变有效字符个数。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s;
s.reserve(100);
std::cout << "Reserved capacity: " << s.capacity() << std::endl;
return 0;
}
resize(size_t n)
/ resize(size_t n, char c)
:将有效字符个数改为 n
,多出的空间用字符 c
填充。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
s.resize(10, 'x');
std::cout << "Resized string: " << s << std::endl;
return 0;
}
访问及遍历操作
operator[]
:返回指定位置的字符。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
std::cout << "Character at index 1: " << s[1] << std::endl;
return 0;
}
begin()
/ end()
:返回字符串的起始迭代器和结束迭代器。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {
std::cout << *it << ' ';
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
rbegin()
/ rend()
:返回反向迭代器。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it) {
std::cout << *it << ' ';
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
范围 for
循环:C++11 引入的简洁遍历方式。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
for (char c : s) {
std::cout << c << ' ';
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
修改操作
1.push_back(char c)
:在字符串末尾添加字符 c
。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
s.push_back('!');
std::cout << s << std::endl;
return 0;
}
2.append(const string& str)
:在字符串末尾追加字符串 str
。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
s.append(" World");
std::cout << s << std::endl;
return 0;
}
3.operator+=
:在字符串末尾追加字符串。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
s += " World";
std::cout << s << std::endl;
return 0;
}
4.c_str()
:返回 C 风格字符串。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
const char* c_str = s.c_str();
std::cout << c_str << std::endl;
return 0;
}
5.find(char c, size_t pos=0)
:从指定位置开始查找字符 c
。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
size_t pos = s.find('l');
if (pos != std::string::npos) {
std::cout << "Character 'l' found at position: " << pos << std::endl;
} else {
std::cout << "Character not found" << std::endl;
}
return 0;
}
6.rfind(char c, size_t pos=npos)
:从指定位置开始反向查找字符 c
。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello";
size_t pos = s.rfind('l');
if (pos != std::string::npos) {
std::cout << "Character 'l' found at position: " << pos << std::endl;
} else {
std::cout << "Character not found" << std::endl;
}
return 0;
}
7.substr(size_t pos=0, size_t n=npos)
:返回从指定位置开始的子字符串。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello, World!";
std::string sub = s.substr(7, 5); // 从第7个位置开始,取5个字符
std::cout << "Substring: " << sub << std::endl;
return 0;
}
非成员函数
1.operator+
:字符串拼接。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1 = "Hello";
std::string s2 = " World";
std::string s3 = s1 + s2;
std::cout << s3 << std::endl;
return 0;
}
2.operator>>
:输入运算符重载。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s;
std::cout << "Enter a string: ";
std::cin >> s; // 从输入读取字符串,遇到空格结束
std::cout << "You entered: " << s << std::endl;
return 0;
}
3.operator<<
:输出运算符重载。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s = "Hello, World!";
std::cout << s << std::endl; // 输出: Hello, World!
return 0;
}
4.getline
:读取一行字符串。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string line;
std::cout << "Enter a line of text: ";
std::getline(std::cin, line); // 从输入读取一行字符串
std::cout << "You entered: " << line << std::endl;
return 0;
}
5.关系运算符:字符串比较。
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1 = "Hello";
std::string s2 = "World";
if (s1 < s2) {
std::cout << s1 << " is less than " << s2 << std::endl;
} else {
std::cout << s1 << " is not less than " << s2 << std::endl;
}
return 0;
}
3. 扩展阅读
需要记住的知识点:
string
类是basic_string
模板类的实例。- 提供丰富的接口,简化字符串操作。
- 内存管理由
string
类自动处理,避免了手动管理内存的复杂性和风险。
小李的理解 : string 类让字符串操作变得简单而安全。通过理解 string 类的各种接口和功能,可以更高效地编写 C++ 程序。
示例代码
找字符串中第一个只出现一次的字符
#include <iostream>
#include <string>
class Solution {
public:
int firstUniqChar(const std::string& s) {
int count[256] = {0};
for (char c : s) {
count[c]++;
}
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) {
if (count[s[i]] == 1) {
return i;
}
}
return -1;
}
};
int main() {
Solution solution;
std::string s = "leetcode";
int index = solution.firstUniqChar(s);
if (index != -1) {
std::cout << "The first unique character is at index: " << index << std::endl;
} else {
std::cout << "No unique character found" << std::endl;
}
return 0;
}
验证一个字符串是否是回文
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
class Solution {
public:
bool isPalindrome(const std::string& s) {
std::string filtered;
for (char c : s) {
if (isalnum(c)) {
filtered += tolower(c);
}
}
std::string reversed = filtered;
std::reverse(reversed.begin(), reversed.end());
return filtered == reversed;
}
};
int main() {
Solution solution;
std::string s = "A man, a plan, a canal: Panama";
bool result = solution.isPalindrome(s);
if (result) {
std::cout << "\"" << s << "\" is a palindrome" << std::endl;
} else {
std::cout << "\"" << s << "\" is not a palindrome" << std::endl;
}
return 0;
}
总结
1. 为什么要学习 string
类?
C 语言中的字符串
- C 风格字符串是以
'\0'
结尾的字符数组,使用char
类型数组表示。 - C 库提供的字符串操作函数与字符串本身是分离的,需要手动管理内存,容易出错。
字符串转整形数字
- 使用
std::stoi
函数可以方便地将字符串转换为整形数字。 std::stoi
在转换失败时会抛出异常,可以进行异常处理。
字符串相加
- 使用
+
运算符和append
方法可以轻松实现字符串拼接。 +
运算符适合拼接固定数量的字符串,append
方法适合在循环或复杂逻辑中使用。
2. 标准库中的 string
类
基本介绍
string
类表示字符序列,提供类似于标准容器的接口。string
实际上是basic_string<char, char_traits, allocator>
的实例,封装了字符串操作,提供方便的函数和自动内存管理。
常用接口
构造函数
string()
:构造一个空的string
对象。string(const char* s)
:用 C 风格字符串构造string
对象。string(size_t n, char c)
:构造一个包含n
个字符c
的string
对象。string(const string& s)
:拷贝构造函数,用另一个string
对象构造新对象。
容量操作
size()
/length()
:返回字符串的有效字符长度。capacity()
:返回字符串的总容量。empty()
:检测字符串是否为空。clear()
:清空字符串中的有效字符。reserve(size_t res_arg=0)
:为字符串预留空间。resize(size_t n)
/resize(size_t n, char c)
:将有效字符个数改为n
,多出的空间用字符c
填充。
访问及遍历操作
operator[]
:返回指定位置的字符。begin()
/end()
:返回字符串的起始迭代器和结束迭代器。rbegin()
/rend()
:返回反向迭代器。- 范围
for
循环:C++11 引入的简洁遍历方式。
修改操作
push_back(char c)
:在字符串末尾添加字符c
。append(const string& str)
:在字符串末尾追加字符串str
。operator+=
:在字符串末尾追加字符串。c_str()
:返回 C 风格字符串。find(char c, size_t pos=0)
:从指定位置开始查找字符c
。rfind(char c, size_t pos=npos)
:从指定位置开始反向查找字符c
。substr(size_t pos=0, size_t n=npos)
:返回从指定位置开始的子字符串。
非成员函数
operator+
:字符串拼接。operator>>
:输入运算符重载。operator<<
:输出运算符重载。getline
:读取一行字符串。- 关系运算符:字符串比较。
3. 扩展阅读
string
类是basic_string
模板类的实例,提供丰富的接口,简化字符串操作。- 内存管理由
string
类自动处理,避免了手动管理内存的复杂性和风险。