C++—— String 类详解

String 类详解

2.1 std::string 类的引入和优势

std::string 类是 C++ 标准库中用于处理字符串的类。相比于 C 风格的字符数组，std::string 提供了以下优势：

自动内存管理： 无需手动分配和释放内存，避免了内存泄漏和缓冲区溢出的风险。
动态大小： 字符串的长度可以根据需要动态增长。
丰富的成员函数： 提供了各种方便的字符串操作函数。
更安全易用： 避免了 C 风格字符串操作中常见的错误。

2.2 std::string 类的常用构造函数

cpp 复制代码

#include <string>
#include <iostream>

int main() {
  std::string s1;                      // 默认构造函数，创建一个空字符串
  std::string s2("Hello");             // 使用 C 风格字符串初始化
  std::string s3 = "World";            // 拷贝初始化
  std::string s4(s2);                  // 拷贝构造函数
  std::string s5(s2, 1, 3);            // 使用 s2 的子串初始化 (从索引 1 开始，长度为 3)
  std::string s6(10, 'a');             // 创建包含 10 个 'a' 的字符串
  std::string s7(s2.begin(), s2.end()); // 使用迭代器初始化

  std::cout << "s1: " << s1 << std::endl;
  std::cout << "s2: " << s2 << std::endl;
  std::cout << "s3: " << s3 << std::endl;
  std::cout << "s4: " << s4 << std::endl;
  std::cout << "s5: " << s5 << std::endl;
  std::cout << "s6: " << s6 << std::endl;
  std::cout << "s7: " << s7 << std::endl;

  return 0;
}

2.3 std::string 类的常用操作函数

函数	描述	示例
`+` (连接)	连接两个字符串或字符串与字符/C 风格字符串	`std::string s = "Hello" + " " + "World";`
`+=` (追加)	将字符串或字符/C 风格字符串追加到现有字符串末尾	`std::string s = "Hello"; s += " World!";`
`append`	在字符串末尾追加字符串或其子串	`std::string s = "Hello"; s.append(" World");`
`find`	查找子串第一次出现的位置，找不到返回 `std::string::npos`	`std::string s = "abcdefg"; size_t pos = s.find("cde");`
`rfind`	查找子串最后一次出现的位置	`std::string s = "abcdecdef"; size_t pos = s.rfind("cde");`
`find_first_of`	查找字符串中第一个与指定字符集合中任何字符匹配的字符的位置	`std::string s = "abcdefg"; size_t pos = s.find_first_of("ce");`
`substr`	返回指定范围的子串	`std::string s = "abcdefg"; std::string sub = s.substr(1, 3);`
`insert`	在指定位置插入字符串或字符	`std::string s = "abc"; s.insert(1, "xyz");`
`replace`	替换指定范围内的子串	`std::string s = "abcdefg"; s.replace(1, 3, "XYZ");`
`erase`	删除指定位置或范围内的字符	`std::string s = "abcdefg"; s.erase(1, 3);`
`length` / `size`	返回字符串的长度 (字符个数)	`std::string s = "Hello"; int len = s.length();`
`capacity`	返回当前已分配的存储空间大小 (可能大于实际长度)	`std::string s = "Hello"; int cap = s.capacity();`
`empty`	检查字符串是否为空	`std::string s; bool isEmpty = s.empty();`
`clear`	清空字符串内容，使其长度变为 0	`std::string s = "Hello"; s.clear();`
`compare`	比较两个字符串	`std::string s1 = "abc"; std::string s2 = "abd"; int res = s1.compare(s2);`
`c_str`	返回一个指向以 null 结尾的 C 风格字符串的常量指针 (const char*)	`std::string s = "Hello"; const char* cstr = s.c_str();`
示例：字符串的操作

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
  string str = "Hello";
  string world = " World";

  // 连接字符串
  string greeting = str + world;
  cout << "Greeting: " << greeting << endl; // 输出：Hello World

  // 追加字符串
  greeting += "!";
  cout << "Greeting: " << greeting << endl; // 输出：Hello World!

  // 查找子串
  size_t pos = greeting.find("World");
  if (pos != string::npos) {
    cout << "'World' found at position: " << pos << endl; // 输出：'World' found at position: 6
  }

  // 截取子串
  string sub = greeting.substr(0, 5);
  cout << "Substring: " << sub << endl; // 输出：Hello

  // 替换子串
  greeting.replace(6, 5, "Universe");
  cout << "Greeting after replace: " << greeting << endl; // 输出：Hello Universe!

  return 0;
}

2.4 访问字符串元素

与 C 风格字符串类似，std::string 允许通过下标访问单个字符，并提供了更安全的 at() 方法。

方法	描述	示例
`[]`	通过下标访问字符串元素，不进行越界检查，可能导致未定义行为	`char c = str[0];`
`at()`	通过下标访问字符串元素，进行越界检查，越界会抛出 `std::out_of_range` 异常	`char c = str.at(0);`
`front()`	返回字符串的第一个字符的引用	`char c = str.front();`
`back()`	返回字符串的最后一个字符的引用	`char c = str.back();`

示例：访问字符串元素

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <stdexcept> // 需要包含这个头文件来处理异常

using namespace std;

int main() {
  string str = "Hello";

  cout << "First character: " << str[0] << endl;       // 输出：H
  cout << "First character: " << str.at(0) << endl;     // 输出：H
  cout << "Last character: " << str.back() << endl;      // 输出：o

  try {
    // str.at(10); // 这会抛出 std::out_of_range 异常
  } catch (const out_of_range& e) {
    cerr << "Caught an out_of_range exception: " << e.what() << endl;
  }

  return 0;
}

2.5 std::string 的迭代器

std::string 也支持迭代器，可以用于遍历字符串中的字符。

begin(): 返回指向字符串第一个字符的迭代器。
end(): 返回指向字符串末尾之后一个位置的迭代器。
rbegin(): 返回指向字符串最后一个字符的反向迭代器。
rend(): 返回指向字符串开头之前一个位置的反向迭代器。

示例：使用迭代器遍历字符串

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
  string str = "Hello";

  cout << "Using forward iterators: ";
  for (string::iterator it = str.begin(); it != str.end(); ++it) {
    cout << *it << " "; // 输出：H e l l o
  }
  cout << endl;

  cout << "Using reverse iterators: ";
  for (string::reverse_iterator rit = str.rbegin(); rit != str.rend(); ++rit) {
    cout << *rit << " "; // 输出：o l l e H
  }
  cout << endl;

  // C++11 引入的基于范围的 for 循环更加简洁
  cout << "Using range-based for loop: ";
  for (char c : str) {
    cout << c << " "; // 输出：H e l l o
  }
  cout << endl;

  return 0;
}

2.6 std::string 的内存管理

std::string 负责管理其内部存储字符串数据的内存。当你对 std::string 对象进行操作（如追加、插入等）时，如果当前的内存空间不足以容纳新的字符串，std::string 会自动分配更大的内存空间，并将原有数据复制到新的空间。这就是为什么使用 std::string 可以避免手动内存管理带来的问题。