【C++】String 类

^yi2026-07-10 9:09

目录

1.string类的常用接口

1.1string类的常见构造

1.2string类对容量的操作​编辑

1.3string类的访问

1.4string类的修改操作

1.5string类的查找

2.string的模拟实现代码

3.string的现代写法

由于历史原因，string类并没有被规划到容器里面，但它的接口和大部分容器高度相似，并且也支持迭代器，所以我们也可以把他当作容器来使用，通过对string类的学习，后面也会对其他容器更加得心应手。

string类的文档：http://www.cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string

补充两个小语法：auto和范围for

auto关键字

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。

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&

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。

auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用

auto不能直接用来声明数组

范围for

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。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，自动取数据，自动判断结束。

范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历

范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到。

cpp 复制代码 
int main()
{
   int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

   // C++98的遍历
   for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
  {
       array[i] *= 2;
  }

   for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
  {
       cout << array[i] << endl;
  }

   // C++11的遍历
   for (auto& e : array)
       e *= 2;

    for (auto e : array)
       cout << e << " " << endl;

   cout << endl;
    return 0;
}

1.string类的常用接口

1.1string类的常见构造

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>   // 使用 string 必须包含此头文件
#include <vector>

int main() 
{
    // ==================== 1. 构造与赋值 ====================
    std::cout << "========== 1. 构造与赋值 ==========\n";
    
    std::string s1;                     // 默认构造，空字符串
    std::string s2("Hello C++");        // 从 C 风格字符串构造
    std::string s3(s2);                 // 拷贝构造
    std::string s4(5, 'A');             // 构造包含 5 个 'A' 的字符串："AAAAA"
    std::string s5 = "Direct Assign";   // 赋值构造
    
    std::cout << "s1: [" << s1 << "]\n";
    std::cout << "s2: " << s2 << "\n";
    std::cout << "s3 (copy of s2): " << s3 << "\n";
    std::cout << "s4 (5个A): " << s4 << "\n";
    std::cout << "s5: " << s5 << "\n\n";
    
    return 0;
}

1.2string类对容量的操作

注意：

1. size()与length()方法底层实现原理完全相同，引入size()的原因是为了与其他容器的接

口保持一致，一般情况下基本都是用size()。

2. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。

3. resize(size_t n) 与 resize(size_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不

同的是当字符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size_t n, char

c)用字符c来填充多出的元素空间。注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数

增多，可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。

4. reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参

数小于string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小。

cpp 复制代码 
 // ==================== 2. 大小与容量 ====================
std::cout << "========== 2. 大小与容量 ==========\n";
    
    std::string str = "Hello";
    std::cout << "str = " << str << "\n";
    std::cout << "size() = " << str.size() << "    (字符个数，同 length())\n";
    std::cout << "length() = " << str.length() << "\n";
    std::cout << "capacity() = " << str.capacity() << "    (当前分配的内存容量)\n";
    std::cout << "empty() = " << (str.empty() ? "true" : "false") << "    (是否为空)\n";
    
    str.resize(10, 'X');    // 调整大小为10，多出的用 'X' 填充
    std::cout << "resize(10, 'X') 后: " << str << "\n";
    
    str.reserve(100);       // 预留至少100个字符空间（不改变 size）
    std::cout << "reserve(100) 后 capacity = " << str.capacity() << "\n\n";

1.3string类的访问

cpp 复制代码 
// ==================== 3. 访问元素 ====================
    std::cout << "========== 3. 访问元素 ==========\n";
    
    std::string text = "ABCDE";
    std::cout << "text = " << text << "\n";
    
    // 使用 operator[]（不检查边界）
    std::cout << "text[0] = " << text[0] << "\n";
    std::cout << "text[2] = " << text[2] << "\n";
    
    // 使用 at()（检查边界，越界抛异常）
    std::cout << "text.at(3) = " << text.at(3) << "\n";
    
    // 访问首尾字符
    std::cout << "front() = " << text.front() << "\n";
    std::cout << "back() = " << text.back() << "\n";
    
    // 获取底层 C 字符串
    const char* cstr = text.c_str();
    std::cout << "c_str() = " << cstr << "\n\n";

1.4string类的修改操作

cpp 复制代码 
// ==================== 4. 修改操作 ====================
    std::cout << "========== 4. 修改操作 ==========\n";
    
    std::string msg = "Hello";
    std::cout << "初始: " << msg << "\n";
    
    // 追加
    msg.push_back('!');                     // 尾部添加单个字符
    std::cout << "push_back('!'): " << msg << "\n";
    
    msg.append(" World");                   // 追加字符串
    std::cout << "append(\" World\"): " << msg << "\n";
    
    msg += "!!!";                           // 运算符重载，更简洁
    std::cout << "+= \"!!!\": " << msg << "\n";
    
    // 插入和删除
    msg.insert(5, " Beautiful");            // 在位置5插入
    std::cout << "insert(5, \" Beautiful\"): " << msg << "\n";
    
    msg.erase(5, 10);                       // 从位置5开始删除10个字符
    std::cout << "erase(5, 10): " << msg << "\n";
    
    // 替换
    msg.replace(6, 5, "CPP");               // 从位置6开始替换5个字符为 "CPP"
    std::cout << "replace(6, 5, \"CPP\"): " << msg << "\n";
    
    // 清空
    msg.clear();
    std::cout << "clear() 后: [" << msg << "] (空字符串)\n\n";

1.5string类的查找

cpp 复制代码 
// ==================== 5. 查找与子串 ====================
    std::cout << "========== 5. 查找与子串 ==========\n";
    
    std::string sentence = "The quick brown fox jumps over the lazy dog";
    std::cout << "句子: " << sentence << "\n";
    
    // 查找子串
    size_t pos = sentence.find("fox");
    if (pos != std::string::npos) {  // npos 是静态常量，表示"未找到"
        std::cout << "找到 \"fox\"，位置: " << pos << "\n";
    }
    
    // 从指定位置开始查找
    size_t pos2 = sentence.find("the", 20);  // 从位置20开始找
    std::cout << "从位置20开始找 \"the\"，位置: " << pos2 << "\n";
    
    // 反向查找
    size_t pos3 = sentence.rfind("the");
    std::cout << "反向查找 \"the\"，最后一次出现的位置: " << pos3 << "\n";
    
    // 提取子串
    std::string sub = sentence.substr(10, 5);  // 从位置10开始取5个字符
    std::cout << "substr(10, 5) = " << sub << "\n";
    
    // 查找字符集合（首次出现）
    size_t pos4 = sentence.find_first_of("aeiou");  // 找到第一个元音字母
    std::cout << "第一个元音字母位置: " << pos4 << "，字符: " << sentence[pos4] << "\n\n";

2.string的模拟实现代码

string.h

cpp 复制代码 
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<algorithm>

namespace Mystring
{
	class string
	{
	public:
		//string()
		//	:_str(new char[1]{'\0'})
		//	,_size(0)
		//	,_capacity(0)
		//{}

		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		//迭代器
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		const_iterator begin()const
		{
			return _str;
		}

		const_iterator end()const
		{
			return _str + _size;
		}

		//访问
		const char& operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		//容量
		size_t size()const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity()const
		{
			return _capacity;
		}

		void resize(size_t n, char ch = '\0');

		void reserve(size_t n);

		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

		bool empty()
		{
			return _size == 0;
		}

		const char* c_str()const
		{
			return _str;
		}

		void swap(string& s);

		//构造
		string(const char* str = " ");

		~string();

		//拷贝构造
		string(const string& s);

		//赋值重载
		string& operator=(const string& s);

		//修改
		void push_back(char c);

		void append(const char* str);

		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}

		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		void insert(size_t pos,char ch);

		void insert(size_t pos, const char* str);

		void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);

		//查找
		size_t find(char ch, size_t pos = 0);

		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);

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

		bool operator<(const string& s) const;
		bool operator<=(const string& s) const;
		bool operator>(const string& s) const;
		bool operator>=(const string& s) const;
		bool operator==(const string& s) const;
		bool operator!=(const string& s) const;

		friend std::istream& operator>>(std::istream& in, const string& s);

		friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s);
	
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	public:
		//const static整形可以这样 double不支持
		const static size_t npos = -1;
	};
	//类外实现
	std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s);
	std::istream& operator>>(std::istream& in, const string& s);
	std::istream& getline(std::istream& is, string& str, char delim = '\n');
}

string.c

cpp 复制代码 
#include"string.h"

namespace Mystring
{
	void string::swap(string& s)
	{
		std::swap(_str, s._str);
		std::swap(_size, s._size);
		std::swap(_capacity, s._capacity);
	}

	string::string(const char* str)
        :_size(strlen(str))
	{
		_capacity = _size;
		_str = new char[_size];
		strcpy(_str, str);
	}

	string::string(const string& s)
	{
		_str = new char[s._capacity + 1];
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;
		memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
	}

	string& string::operator=(const string& s)
	{
		if(this != &s)
		{
			char* tmp = new char[s._capacity + 1];
			delete[] _str;
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
			memcpy(tmp, s._str, s._size + 1);
			_str = tmp;
		}

		return *this;
	}

	string::~string()
	{
		delete[] _str;
		_str = nullptr;
		_size = 0;
		_capacity = 0;
	}

	//容量
	void string::resize(size_t n, char ch = '\0')
	{
		if (_capacity < n)
		{
			reserve(n);
			for (size_t i = _size; i < _capacity; i++)
			{
				_str[i] = ch;
			}
			_size = n;
			_str[_size] = '\0';
		}
		else
		{
			_size = n;
			_str[_size] = '\0';
		}
	}

	void string::reserve(size_t n)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			char* tmp = new char[n + 1];
			memcpy(tmp, _str, _size + 1);
			delete[] _str;
			_str = tmp;
			_capacity = n;
		}
	}

	//修改
	void string::push_back(char c)
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
		}
		_str[_size] = c;
		++_size;
		_str[_size] = '\0';
	}

	void string::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(std::max(_size+len,_capacity));
		}
		memcpy(_str + _size, str, len+1);
		_size += len;
	}

	void string::insert(size_t pos, char ch)
	{
		//向后移动数据
		assert(pos <= _size);
		if (_size == _capacity)
		{
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
		}
		size_t end = _size+1;
		while (end > pos)
		{
			_str[end] = _str[end-1];
			end--;
		}
		_str[pos] = ch;
		_size++;
	}

	void string::insert(size_t pos, const char* str)
	{
		assert(pos <= _size);
		size_t len = strlen(str);
		if (_size == _capacity)
		{
			reserve(std::max(_size+len,_capacity*2));
		}

		size_t end = _size + len;
		while (end-len >pos-1 )
		{
			_str[end] = _str[end - len];
			end--;
		}
		memcpy(_str + pos, str, len);
		_size += len;
	}

	void string::erase(size_t pos, size_t len )
	{
		assert(pos < _size);
		if (len >= _size - pos || len == npos)
		{
			//删完了
			_size = pos;
			_str[_size] = '\0';
		}
		else
		{
			memcpy(_str + pos, _str + pos + len, _size - pos - len + 1);
			_size -= len;
		}
	}

	//查找
	size_t string::find(char ch, size_t pos )
	{
		assert(pos < _size);
		for (size_t i = 0; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}
		return npos;
	}

	size_t string::find(const char* str, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		char* tmp = strstr(_str + pos, str);
		if (tmp)
		{
			return tmp - _str;
		}
		else
		{
			return npos;
		}
	}

	string string::substr(size_t pos = 0, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);
		if (len == npos || _size - pos < len)
		{
			//pos后全部
			len = _size - pos;
		}
		string sub;
		sub.reserve(len);
		memcpy(&sub, _str + pos, len);
		return sub;
	}


	bool string::operator<(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) < 0;
	}
	bool string::operator<=(const string& s) const
	{
		return (*this < s && *this == s);
	}
	bool string::operator>(const string& s) const
	{
		return !(*this <= s);
	}
	bool string::operator>=(const string& s) const
	{
		return !(*this < s);
	}
	bool string::operator==(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) == 0;
	}
	bool string::operator!=(const string& s) const
	{
		return !(*this == s);
	}

	std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}

	std::istream& operator>>(std::istream& in,string& s)
	{
		s.clear();

		char buff[256];
		int i = 0;

		char ch;
		ch = in.get();
		while (ch != '\n' && ch != ' ')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 255)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				int i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}

	std::istream& getline(std::istream& in, string& str, char delim )
	{
		str.clear();

		char buff[256];
		int i = 0;

		char ch;
		ch = in.get();
		while (ch != delim)
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 255)
			{
				buff[i] = '\0';
				str += buff;
				int i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			str += buff;
		}
		return in;
	}

}

3.string的现代写法

cpp 复制代码 
String(const String& s)
    : _str(nullptr)
{
    String strTmp(s._str);
    swap(_str, strTmp._str);
}


String& operator=(String s)
{
    swap(_str, s._str);
    return *this;
}
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