STL中容器string -- 讲解超详细

田野追逐星光2025-10-21 9:50

前言：在学习string之前，我们得先了解STL容器，什么是STL容器呢？

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的 组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

下图是STL的六大组件，后面会一一的了解容器，算法，仿函数，迭代器等等

那么C++的STL库的作用是什么？这就不得不说没学C++之前都是使用的C语言刷题，写一道题需要大量的代码，而C++提供STL库，我们可以使用里面的算法，它都帮我实现好了，比如两个队列模拟实现栈，C语言需要手动创建队列的结构，而利用STL直接套用就行。

好了话不多说，我们直接开始学习第一个容器string！！！

1. 标准库中的string

1.1 auto和范围for

auto:

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，后来这个不重要了。C++11中，标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。

什么意思呢？就跟类模板推导参数类型类似。

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

int func1()
{
	return 10;
}

auto func2()
{
	return 100;
}

void func3(auto x) //error: 不允许使用auto做参数
{
}
int main()
{
	auto a = 10; //这里的auto=int
	auto* ra = &a; //auto=int
	auto rra = &a; //auto=int*
    auto b=3.14; //auto=char
    auto& rb=b;

    int ma = 10, mb = 30, mc = 90;
	auto md = 100, me = 200;
	auto ch = 'a', z = 10;//error,auto只对ch推导
	return 0;
}

1. auto声明指针类型时：用auto和auto*没有区别；但是在声明引用类型时，必须加&（即auto&）；

2. 当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量；

3. auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用；

4. auto不能直接用来声明数组。

这里可能觉得使用auto没什么用，但是到了后面的容器就会觉得太安逸了。

范围for：

for循环后的括号由冒号" ："分为两部分：第一部分是范围 内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代（自动++），自动取数据，自动判断结束。（即arr数组中取得值赋值给ch，ch自动++，自动判断结束）

相对于for循环，三个自动胜过一切。常用于数组和对象的遍历。那范围for是如何实现的？这就得去理解它的底层迭代器，至于什么是迭代器，模拟实现得时候会初步讲解，现在只需要理解如何使用！

cpp 复制代码 
void test01()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };
	for (auto& e : arr)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	char s[] = { "hello,world" };
	for (auto& ch : s)
	{
		cout << ch;
	}
	cout << endl;

	string str("hello world");
	for (auto ch : str)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

这里建议使用引用，这里是普通数组还好，如果是对象呢？那每次取值得时候就得调用拷贝构造！

2. string常用接口说明

2.1 string类的常见构造

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string（官网关于string的介绍）

这里来说一些构造非常常用的接口：

|------------------------------|------------------------------------|
| 函数名 | 功能说明 |
| string() | 默认构造，构造空字符串 |
| string(const char* s) | 用字符串构造string类型字符串（string不含\0） |
| string(size_t n, char c) | 构造由n个字符c构成的字符串 |
| string(const string&s) | 拷贝构造，用string对象构造另一个string对象 |

|----------------|-----------------------------------|
| ~string() | 析构函数：浅拷贝（自动生成的足够）/深拷贝（需要手动实现） |

cpp 复制代码 
void test02()
{
	string s1;
	cout << s1 << endl;
	string s2("A ship in harbor is safe, but that's not what ships are built for");
	cout << s2 << endl;
	string s3("hello world");
	cout << s3 << endl;
	string s4(10, 'x');
	cout << s4 << endl;
	string s5(s2);
	cout << s5 << endl;
}

2.2 string类的插入

（1）尾插：末尾插入数据

|-----------------------|
| void push_back(char); |

cpp 复制代码 
void test03()
{
	string s1("hello world");
	s1.push_back(' ');
	s1.push_back('x');
	s1.push_back('i');
	s1.push_back('a');
	s1.push_back('o');
	s1.push_back('l');
	s1.push_back('i');
	cout << s1 << endl;

	s1.pop_back();
	cout << s1 << endl;
}

（2）使用insert在指定位置插入数据

|------------------------------------------------------------------------|
| string& insert (size_t pos, size_t n, char c); //在pos位置插入n个字符c |
| string& insert (size_t pos, const char* s); //在pos位置插入字符串 |
| string& insert (size_t pos, const string& str); //在pos位置插入string |

cpp 复制代码 
void test05()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	//头插
	s1.insert(0, 3, 'x');
	s1.insert(0, "excuse");
	//中间插入
	string s2("hi");
	s2.insert(1,3,'z');
	s2.insert(2, "hello");
	//尾插
	string s3("today");
	s3.insert(4, s2);
}

2.3 string类的删除

（1）尾删：尾部删除数据

|------------------|
| void pop_back(); |

cpp 复制代码 
void test06()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	s1.pop_back();
	s1.pop_back();
	s1.pop_back();
	cout << s1 << endl;
}

（2）erase：任意位置的删除

|----------------------------------------------------------------------|
| string& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos); |
| iterator erase (iterator first, iterator last); //迭代器版本的删除指定范围数据 |

cpp 复制代码 
void test07()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	s1.erase(0, 2);
	s1.erase(5, 3);

	string s2("hello,tomorror");
	string::iterator it = s2.begin();//迭代器
	s2.erase(it + 3, it + 5);
}

2.4 string类的拼接

（1）append：在字符末尾拼接字符/字符串

|-------------------------------------------|
| string& append (const string& str); |
| string& append (const char* s); |
| string& append (size_t n, char c); |

cpp 复制代码 
void test08()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	s1.append(3, 'x');

	string s2("hello,tomorror");
	s2.append(" today");

    s2.append(s1);
}

2.5 string类的替换

（1）assign：为字符串分配一个新值，替换其当前内容。

|-------------------------------------------|
| string& assign (size_t n, char c); |
| string& assign (const char* s); |
| string& assign (const string& str); |

cpp 复制代码 
void test09()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	s1.assign("excuse me");
	cout << s1 << endl;

	string s2("hello,tomorror");
	s2.assign(s1);
	cout << s2 << endl;
}

（2）replace：将字符串中以字符pos开头并跨len字符的部分（或字符串中介于[i1,i2) 之间的部分替换为新内容

|--------------------------------------------------------------------|
| string& replace (size_t pos, size_t len, const string& str); |
| string& replace (size_t pos, size_t len, const char* s); |
| string& replace (size_t pos, size_t len, size_t n, char c); |

这里每一个都有对应的迭代器版本！

cpp 复制代码 
//replace
void test10()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	s1.replace(2, 3, 5,'x');//从下标为2的位置开始长度为3个字符替换成5个x
	cout << s1 << endl; ////hexxxxx,xiaoli
	string s2("hello,tomorror");
	s2.replace(3, 5, "excuse"); //helexcusemorror
	cout << s2 << endl;
}

可能有点懵，就是我只是保证从pos开始跨len个字符的部分内容修改，其余内容不变。这len个字符替换成给的内容。就比如s1,我只保证llo内容改变，llo替换成xxxxx，其余不动。

2.6 string类的查找

（1）find：查找字符串中的内容（如果指定pos，就从pos位置开始查找，仅匹配其中一个字符是不够的，而是整个序列必须匹配；如果匹配返回匹配的第一个位置的下标，否则返回npos）

|-------------------------------------------------------------|
| size_t find (char c, size_t pos = 0) const; |
| size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const; |
| size_t find (const string& str, size_t pos = 0) const; |

cpp 复制代码 
//find
void test11()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	cout<<s1.find("llo")<<endl; //从下标为0开始找,返回2
	cout << s1.find("he",6)<< endl; //从下标为6开始找，返回18446744073709551615

	string s2("hello,tomorror");
	cout << s2.find(s1, 3) << endl; //返回18446744073709551615
}

（2）rfind：从后往前开始匹配

|--------------------------------------------------------------|
| size_t rfind (char c, size_t pos = 0) const; |
| size_t rfind (const char* s, size_t pos = 0) const; |
| size_t rfind (const string& str, size_t pos = 0) const; |

cpp 复制代码 
//rfind
void test12()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	cout << s1.rfind("llo") << endl; //从下标为0开始往前找
	cout << s1.rfind("he", 6) << endl; //从下标为6开始往前找

	string s2("hello,tomorror");
	cout << s2.rfind(s1, 3) << endl;

	string s3("hello,today,hello tomorror");
	cout<<s3.rfind("hello")<<endl; //12,匹配第二个hello
	cout<<s3.find("hello")<<endl; //0，匹配第一个hello
}

注意：rfind是从尾往前（即从右往左）开始找，但是子字符串时从左往右开始匹配。

2.7 string类的容量

（1）size：字符串的有效字符的长度

|--------------------------|
| size_t size() const; |

cpp 复制代码 
void test13()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	cout << s1.size() << endl; //12
	string s2("hello,tomorror");
	cout << s2.size() << endl; //14
}

（2）capacity：字符串的总空间大小

|------------------------------|
| size_t capacity() const; |

cpp 复制代码 
void test14()
{
	string s1("A ship in harbor is safe, but that's not what ships are built for");
	cout << s1.capacity() << endl; //79
	string s2("hello,tomorror");
	cout << s2.capacity() << endl; //15
}

（3）length：字符串的有效字符的长度

|----------------------------|
| size_t length() const; |

cpp 复制代码 
void test13()
{
	string s1("hello,xiaoli");
	cout << s1.length() << endl; //12
	string s2("hello,tomorror");
	cout << s2.length() << endl; //14
}

(4)reserve：开辟指定大小的空间，当n<size()时，reserver不会改变容量大小。

|----------------------------------|
| void reserve (size_t n = 0); |

cpp 复制代码 
void test15()
{
	string s1("A ship in harbor is safe, but that's not what ships are built for");
	s1.reserve(120);
	cout << s1.capacity() << endl;
	string s2("hello,tomorror");
	cout << s2.capacity() << endl;
	s2.reserve(10);
	cout << s2.capacity() << endl;
}

注意：这里reserve(120)，编译器会多开几个空间，因为编译器的扩容是按1.5倍增长。

（5）empty：检查字符串是否是空串

|-------------------------|
| bool empty() const; |

（6）clear：清空有效字符

（7）resize：将有效字符的个数变成n个，多出的空间用字符c填充。

|-------------------------------------|
| void resize (size_t n); |
| void resize (size_t n, char c); |

cpp 复制代码 
void test16()
{
	string s1("xiaoli");
	cout << s1.size() << endl;//6
	cout << s1.capacity() << endl;//15
	
	//s1.resize(20);
	//cout << s1.size() << endl; //20
	//s1.resize(12);
	//cout << s1.size() << endl; //12
	s1.resize(3);
	cout << s1.size() << endl; //3
    cout << s1.capacity() << endl; //15
}

2.8 string类的遍历和访问

（1）operator[ ]：访问指定下标的元素（string类里面已经实现operator[ ]的重载）

|---------------------------------------------------|
| char& operator[] (size_t pos); |
| const char& operator[] (size_t pos) const; |

cpp 复制代码 
void test17()
{
	string s1("xiaoli");
	cout << s1[2] << endl;
}

at同operator[ ]，就不再叙述了。

（2）front和back：取首元素和最后一个元素，一样的操作。

（3）begin：返回第一个字符迭代器（通俗一点：返回第一个字符的指针）

end：返回最后一个字符迭代器（通俗一点：返回最后一个字符的指针）

（4）rbegin：返回最后一个字符迭代器（通俗一点：返回第一个字符的指针）

rend：返回第一个字符迭代器（通俗一点：返回最后一个字符的指针）

注意：（3）和（4）与迭代器有着非常紧密的关系，会常常使用

这里一般用于数组或者对象的遍历。如下：有三种遍历方式

cpp 复制代码 
void test18()
{
	string s1("hello xiaoli");
	//遍历方式
	// 下标 + []
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	// 迭代器
	string::iterator it = s1.begin(); //在模拟实现的时候具体讲解
	while (it != s1.end())
	{
		(*it)++;
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	// 范围for
	for (auto ch : s1)
	{
		ch--;
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
}

2.9 string类的交换

（1）swap：交换两个string的内容

|-------------------------------|
| void swap (string& str); |

cpp 复制代码 
void test19()
{
	string s1("hello xiaoli");
	string s2("A ship in harbor is safe, but that's not what ships are built for");
	swap(s1, s2);
	cout << s1 << endl;
	cout << s2 << endl;
}

2.10 string类的运算符

（1）operator=：赋值运算符，在string中实现了函数重载（相当于修改字符串内容），其实功能和assign是类似的。

|----------------------------------------------|
| string& operator= (char c); |
| string& operator= (const char* s); |
| string& operator= (const string& str); |

cpp 复制代码 
void test20()
{
	string s1("I Love you!");
	s1 = "hello,world";
	cout << s1 << endl;
    s1 = 'x';
	cout << s1 << endl;
}

（2）operator+=：在string中实现了函数重载（相当于在末端追加字符串内容），相当于push_back的升级版，多了尾插字符串和string功能。

|-----------------------------------------------|
| string& operator+= (char c); |
| string& operator+= (const char* s); |
| string& operator+= (const string& str); |

cpp 复制代码 
void test21()
{
	string s1("I Love you!");
	s1 += "hello,world";
	cout << s1 << endl;
	s1 += ' x';
	cout << s1 << endl;
}

（3）上面两个都是成员函数，这里余下的大小关系的比较是不属于成员函数的，因为成员函数的第一个参数是隐藏的this指针，而比较可能是字符和字符比较，也可以是字符串和字符串比较。

并且字符和字符串比较都是先比较第一个字符，比较的是字符的ascll码值。

cpp 复制代码 
void test21()
{
	string s1("I Love you!");
	string s2("I love Code");

	cout << (s1 < s2) << endl;//注意优先级关系
	cout << (s1 == s2) << endl;//注意优先级关系
}

（4）operator>> 和 operator<< ：输入流和输出流，也是非成员函数，理由和上面一样，第一个不一定是this指针。

2.11 string类中getline函数

在 C++ 中，使用 >> 运算符进行输入提取时，默认情况下确实会以空白字符（包括空格、制表符、换行符等）作为分隔符，并在遇到空白字符时停止当前的提取操作.

而使用getline，则分为两种情况，一种是遇到'\0'停止；另一种是遇到自己定义的终止符停止提取。

|----------------------------------------------------------------------------|
| istream& getline (istream& is, string& str);（遇到'\0'停止） |
| istream& getline (istream& is, string& str, char delim);（遇到delim停止） |

cpp 复制代码 
void test22()
{
	string str;
	cin >> str;  // 输入 "Hello World"
	cout << str; // 输出 "Hello"（只提取到第一个空格前的内容）
}

第一种:读取一整行，遇到'\0'停止

cpp 复制代码 
void test23()
{
	string s;
	getline(cin, s);  // 输入 "Hello World"
	cout << s;             // 输出 "Hello World"（读取整行内容）
}

第二种:读取一整行，遇到delim停止

cpp 复制代码 
void test24()
{	
    string s1;
	getline(cin, s1, '#');  // 输入 "Hello World"
	cout << s1;             // 输出 "Hello World"（读取整行内容）
}

2.11 string类中的substr函数

|--------------------------------------------------------------|
| string substr (size_t pos = 0, size_t len = npos) const; |

substr：生成子字符串，返回一个新构造的对象，其值初始化为该对象的子字符串的副本。也就是选取该字符串的一部分构造一个新对象。

cpp 复制代码 
void test25()
{
	string s1("A ship in harbor is safe, but that's not what ships are built for");
	cout << s1.substr(3, 15) << endl;
	string s2 = s1.substr(5, 10);
	cout << s2 << endl;
}

那么到这里，string一些常见的接口就了解的差不多了，下一期来模拟实现string。

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