C++中 string 类及迭代器相关知识详解
目录
一、 string 类的基本使用
1. 字符串的定义和初始化
2. 遍历字符串
下标访问方式
迭代器访问方式
正向迭代器：
反向迭代器：
范围 for 循环方式
二、 string 类的成员函数
1. 容量相关函数
2. 扩容机制
三、迭代器与容器的配合
1. vector 容器的迭代器使用
2. list 容器的迭代器使用
四、实际应用案例：字符串数字相加
一、 string 类的基本使用
在C++ 中， string 类是用于处理字符串的强大工具。它包含在 <string> 头文件中。下面是一些基本的使用示例：
1. 字符串的定义和初始化
cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s0; // 定义一个空字符串
std::string s1("hello world"); // 使用字符串字面量初始化
std::cout << s1 << std::endl;
return 0;
}在上述代码中，我们定义了一个空字符串 s0 和一个初始化为"hello world"的字符串 s1 ，并将 s1 输出到控制台。
2. 遍历字符串
下标访问方式
cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1("hello world");
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++) {
std::cout << s1[i];
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}通过 size() 函数,length也行，但不推荐获取字符串长度，利用下标 [] 操作符遍历字符串中的每个字符并输出。
迭代器访问方式（类似于指针，但不完全是）
正向迭代器：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1("hello world");
std::string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end()) {
std::cout << *it << " ";
++it;
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}这里使用 begin() 函数获取指向字符串开头的迭代器， end() 函数获取指向字符串末尾（实际是末尾元素的下一个位置）的迭代器，通过迭代器遍历并输出字符。
反向迭代器：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1("hello world");
std::string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
while (rit != s1.rend()) {
std::cout << *rit << " ";
++rit;
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}rbegin() 函数获取指向字符串末尾的反向迭代器， rend() 函数获取指向字符串开头（实际是开头元素的前一个位置）的反向迭代器，实现反向遍历。
范围 for 循环方式
cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1("hello world");
for (auto ch : s1) {
std::cout << ch << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
范围 for 循环会自动遍历字符串中的每个字符，代码简洁明了。
二、 string 类的成员函数
1. 容量相关函数
- size() 和 length() ：这两个函数功能相同，都用于返回字符串中有效字符的个数。
- capacity() （借鉴数据结构）：返回当前字符串在重新分配内存之前能够存储的字符数。
- max_size()（不稳定，取决于编译器） ：返回字符串能够容纳的最大字符数。
示例代码：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1("hello world");
std::cout << "size: " << s1.size() << std::endl;
std::cout << "length: " << s1.length() << std::endl;
std::cout << "capacity: " << s1.capacity() << std::endl;
std::cout << "max_size: " << s1.max_size() << std::endl;
return 0;
}2. 扩容机制
当向字符串中添加元素导致当前容量不足时， string 类会自动扩容。以下是演示 string 扩容过程的代码：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string s1;
size_t old = s1.capacity();
for (size_t i = 0; i < 100; i++) {
s1 += 'x';
if (old != s1.capacity()) {
std::cout << "扩容: " << s1.capacity() << std::endl;
old = s1.capacity();
}
}
return 0;
}在这个示例中，每次向字符串 s1 添加一个字符 'x' ，如果容量发生变化，就输出新的容量值。通常 string 的扩容策略是按照一定倍数（常见为1.5倍或2倍）增加容量。
不同编辑器有所不同：
三、迭代器与容器的配合（只做示范，后期具体会分析)
在C++ 中，迭代器不仅用于 string 类，还广泛应用于其他容器，如 vector 、 list 等，并且使用方式类似。
1. vector 容器的迭代器使用
cpp
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
std::vector<int>::iterator vit = v.begin();
while (vit != v.end()) {
std::cout << *vit << " ";
++vit;
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}这里创建了一个 vector 容器并插入一些元素，通过迭代器遍历并输出容器中的元素。
2. list 容器的迭代器使用
cpp
#include <iostream>
#include <list>
int main() {
std::list<int> lt;
lt.push_back(10);
lt.push_back(20);
lt.push_back(3);
std::list<int>::iterator lit = lt.begin();
while (lit != lt.end()) {
std::cout << *lit << " ";
++lit;
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}对于 list 容器，同样使用迭代器来遍历其中的元素。
此外，还可以使用标准算法结合迭代器对容器进行操作，例如：
cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> v = {4, 2, 3, 1};
std::reverse(v.begin(), v.end()); // 反转vector
for (auto e : v) {
std::cout << e << " ";
}
std::cout << std::endl;
std::sort(v.begin(), v.end()); // 排序vector
for (auto e : v) {
std::cout << e << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}reverse 算法用于反转容器中的元素顺序， sort 算法用于对容器中的元素进行排序，它们都通过迭代器指定操作的范围。
四、实际应用案例：字符串数字相加（下期详解)
假设有两个用字符串表示的数字，需要将它们相加并以字符串形式返回结果。以下是实现代码：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
std::string addStrings(std::string num1, std::string num2) {
int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;
std::string strRet;
int carry = 0;
while (end1 >= 0 || end2 >= 0) {
int val1 = end1 >= 0? num1[end1] - '0' : 0;
int val2 = end2 >= 0? num2[end2] - '0' : 0;
int ret = val1 + val2 + carry;
carry = ret / 10;
ret = ret % 10;
strRet += ('0' + ret);
--end1;
--end2;
}
if (carry > 0) {
strRet += ('0' + carry);
}
std::reverse(strRet.begin(), strRet.end());
return strRet;
}在这个函数中，我们从两个字符串数字的末尾开始逐位相加，处理进位情况，最后将结果字符串反转得到正确的顺序。
通过对 string 类和迭代器的深入学习与实践，可以更好地处理字符串相关操作以及对容器进行遍历和算法操作，提高C++ 编程的效率和能力。