一、引言
在 C++ 编程中，string是处理字符串的核心类，相较于 C 风格字符数组，它自动管理内存、提供丰富操作接口，极大提升了开发效率与代码安全性。本文将从深浅拷贝原理 、string底层模拟实现、标准库string常用函数详解、迭代器与容器实战、字符串数字相加案例等维度，全面梳理string类的核心知识，形成从原理到实战的完整体系。
二、浅拷贝与深拷贝的基本概念
2.1 浅拷贝
浅拷贝仅复制对象成员变量的值，若成员包含指针，仅拷贝指针地址，使多个对象指向同一块内存。
- 问题：对象析构时，同一块内存会被重复释放，导致程序崩溃或悬空指针。
- 本质：位拷贝，只拷贝指针，不拷贝指向的数据。
2.2 深拷贝
深拷贝会为指针成员重新分配独立内存，并复制原数据，使每个对象拥有专属内存空间，互不干扰。
- 优势：避免内存重复释放、数据篡改等问题，是
string类的默认拷贝机制。 - 本质：重新开辟内存 + 数据拷贝。
三、C++ 中 string 类的默认行为
C++ 标准库std::string的拷贝构造函数、赋值运算符均实现深拷贝，修改一个对象不会影响另一个：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
string original = "Hello, World!";
string copy1(original); // 拷贝构造（深拷贝）
string copy2 = original; // 赋值运算符（深拷贝）
copy1[0] = 'h';
// 修改copy1，original、copy2不受影响
cout << original << endl; // Hello, World!
cout << copy1 << endl; // hello, World!
cout << copy2 << endl; // Hello, World!
return 0;
}四、自定义字符串类 MyString 实现（深浅拷贝 + 核心功能）
4.1 基础框架（构造、析构、深浅拷贝）
cpp
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <assert.h>
using namespace std;
class MyString {
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
public:
// 构造函数
MyString(const char* str = "") {
if (str == nullptr) str = "";
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
// 拷贝构造（深拷贝）
MyString(const MyString& other) {
_size = other._size;
_capacity = other._capacity;
_str = new char[_capacity + 1];
memcpy(_str, other._str, _size + 1);
}
// 赋值运算符（现代写法）
MyString& operator=(MyString tmp) {
swap(tmp);
return *this;
}
// 移动赋值（C++11，转移资源）
MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
if (this != &other) {
delete[] _str;
_str = other._str;
_size = other._size;
_capacity = other._capacity;
other._str = nullptr;
}
return *this;
}
// 析构函数
~MyString() {
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
// 交换成员
void swap(MyString& s) {
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
};4.2 比较运算符重载（> < >= <= == !=）
基于strcmp实现字典序比较：
cpp
bool operator>(const MyString& other) const {
return strcmp(_str, other._str) > 0;
}
bool operator<(const MyString& other) const {
return strcmp(_str, other._str) < 0;
}
bool operator>=(const MyString& other) const {
return !(*this < other);
}
bool operator<=(const MyString& other) const {
return !(*this > other);
}
bool operator==(const MyString& other) const {
return strcmp(_str, other._str) == 0;
}
bool operator!=(const MyString& other) const {
return !(*this == other);
}4.3 resize 函数实现
调整字符串长度，支持缩小、扩大与填充字符：
cpp
void resize(size_t new_size, char fill_char = '\0') {
if (new_size < _size) {
_size = new_size;
_str[_size] = '\0';
} else {
reserve(new_size);
for (size_t i = _size; i < new_size; ++i) {
_str[i] = fill_char;
}
_size = new_size;
_str[_size] = '\0';
}
}
// 预留容量
void reserve(size_t n) {
if (n > _capacity) {
char* new_str = new char[n + 1];
strcpy(new_str, _str);
delete[] _str;
_str = new_str;
_capacity = n;
}
}4.4 + 运算符重载（字符串拼接）
支持MyString + MyString、MyString + const char*：
cpp
MyString operator+(const MyString& other) const {
size_t new_size = _size + other._size;
char* new_data = new char[new_size + 1];
strcpy(new_data, _str);
strcat(new_data, other._str);
MyString res(new_data);
delete[] new_data;
return res;
}
MyString operator+(const char* str) const {
size_t len = strlen(str);
size_t new_size = _size + len;
char* new_data = new char[new_size + 1];
strcpy(new_data, _str);
strcat(new_data, str);
MyString res(new_data);
delete[] new_data;
return res;
}4.5 迭代器实现（简单模拟）
string迭代器本质是字符指针：
cpp
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
iterator begin() { return _str; }
iterator end() { return _str + _size; }
const_iterator begin() const { return _str; }
const_iterator end() const { return _str + _size; }五、标准库 string 常用函数详解
5.1 初始化方式
cpp
string s0; // 空字符串
string s1("hello"); // 字面量初始化
string s2 = s1; // 拷贝初始化
string s3(5, 'a'); // 重复字符："aaaaa"5.2 容量与长度
size()/length()：返回字符串长度（功能完全一致）capacity()：返回已分配内存容量reserve(n)：预分配容量，减少扩容shrink_to_fit()：释放多余内存，使容量等于长度clear()：清空字符串内容，不释放内存
5.3 字符串操作
- 拼接 ：
+=、append() - 查找 ：
find()、rfind()、find_first_of()（未找到返回string::npos） - 子串 ：
substr(pos, len)（省略len取到末尾） - 替换 ：
replace(pos, len, str) - 插入 / 删除 ：
insert()、erase()（效率低，少用） - 字符访问 ：
[]（不检查越界）、at()（越界抛异常）
5.4 数值与字符串转换
- 数值→字符串：
to_string()（C++11，标准通用） - 字符串→整数：
atoi()（C 风格）、stoi()（C++11，抛异常） - 通用转换：
stringstream（跨平台、支持任意类型）
5.5 输入输出
cin：以空格 / 换行分隔，无法读取带空格字符串getline(cin, str)：读取整行，包含空格（需处理前导换行符）
cpp
cin.ignore(); // 清空缓冲区换行
getline(cin, str);六、迭代器与容器配合
6.1 string 遍历方式
- 下标遍历
cpp
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i];- 迭代器遍历
cpp
string::iterator it = s.begin();
while (it != s.end()) cout << *it++;- 反向迭代器
cpp
string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
while (rit != s.rend()) cout << *rit++;- 范围 for 循环（简洁推荐）
cpp
for (auto& ch : s) cout << ch;6.2 STL 算法配合
需包含<algorithm>：
cpp
reverse(s.begin(), s.end()); // 反转
sort(s.begin(), s.end()); // 排序七、实战案例：字符串数字相加
处理超大数字（超出整型范围），模拟手工加法：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;
string addStrings(string num1, string num2) {
int i = num1.size() - 1, j = num2.size() - 1;
string res;
int carry = 0;
while (i >= 0 || j >= 0 || carry) {
int val1 = i >= 0 ? num1[i--] - '0' : 0;
int val2 = j >= 0 ? num2[j--] - '0' : 0;
int sum = val1 + val2 + carry;
carry = sum / 10;
res.push_back(sum % 10 + '0');
}
reverse(res.begin(), res.end());
return res;
}
// 测试
int main() {
cout << addStrings("123456789", "987654321") << endl; // 1111111110
return 0;
}八、总结
- 深浅拷贝 ：浅拷贝共享内存易崩溃，深拷贝独立内存更安全，
string默认深拷贝。 - 自定义
string：需实现构造、析构、拷贝构造、赋值运算符，重载常用运算符与迭代器。 - 标准
string：接口丰富，优先使用+=、reserve优化性能，注意find、substr边界。 - 迭代器：是 STL 容器通用访问方式，配合算法可高效操作字符串。
- 实战 ：字符串数字相加核心为逆序逐位相加 + 处理进位 + 反转结果，适用于超大数运算。
本文覆盖string原理、实现、使用、实战全流程，是 C++ 字符串编程的核心参考资料。