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C++数组与字符串：从基础到实战技巧

news 2025/9/15 5:24:14

C++中的数组和字符串是处理数据集合和文本的基础工具。数组用于存储相同类型的元素集合，而字符串则专门用于处理文本数据。C++提供了两种主要的字符串处理方式：C风格字符串（字符数组）和C++的std::string类。

📊 1. 数组 (Arrays)

数组是相同类型元素的集合，这些元素在内存中连续存储。数组的大小在定义时确定，且不能改变。

一维数组

声明与初始化。

数组的声明需要指定元素类型、数组名和大小。初始化可以在声明时进行。
```
int numbers[5];// 声明一个包含5个整数的数组，未初始化int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};// 声明并初始化int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};// 编译器自动计算大小
```
如果初始化值少于数组元素，剩余元素会自动初始化为0（对于基本数据类型）

访问元素

通过索引访问数组元素，索引从0开始。

int first = numbers[0];// 访问第一个元素
numbers[4] = 10;// 修改第五个元素

特点
- 内存连续，访问高效。
- 大小固定，无法动态扩容。
- 需注意数组越界访问，这可能引发未定义行为。

多维数组

多维数组，如二维数组，可视为“数组的数组”，常用于表示矩阵或表格。

声明与初始化

int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};// 2行3列int matrix[2][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};// 按顺序初始化

访问元素

使用多个索引访问元素。

int value = matrix[1][2];// 访问第二行第三列（值为6）

动态数组

使用new和delete[]在堆上动态分配和释放内存。

int size = 5;
int* dynamicArray = new int[size];// 动态分配// 使用 dynamicArray...delete[] dynamicArray;// 释放内存

动态数组需手动管理内存，防止内存泄漏。

🔤 2. 字符串 (Strings)

C++中有两种主要的字符串表示方式：C风格字符串和std::string类。

C风格字符串 (C-Style Strings)

C风格字符串本质是以空字符'\0'结尾的字符数组

。

声明与初始化。

char str1[] = "Hello";// 编译器自动添加'\0'，数组长度为6char str2[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};// 手动添加终止符

字符串字面量用双引号括起，编译器会自动在其末尾添加空字符

常用函数。

使用C标准库函数（需包含<cstring>）进行操作：

#include <cstring>char str1[20] = "Hello";
char str2[] = "World";strlen(str1);// 获取字符串长度（不包括'\0'）strcpy(str1, str2);// 复制字符串（需确保目标空间足够）strcat(str1, "!");// 连接字符串（需确保目标空间足够）strcmp(str1, "Hello World!");// 比较字符串（相等返回0）

注意：使用strcpy、strcat等函数时，必须确保目标字符数组有足够的空间，否则可能导致缓冲区溢出

std::string类

C++标准库提供的std::string类（需包含<string>头文件）封装了字符串操作，自动管理内存，更安全便捷
。

声明与初始化

#include <string>
std::string s1;// 空字符串
std::string s2 = "Hello, World!";// 初始化std::string s3(s2);// 拷贝构造

常用操作

std::string支持丰富的操作：

s1 = "Hello"; s2 = "World";
std::string s4 = s1 + ", " + s2;// 字符串拼接（使用+运算符）
s1.append(" World!");// 追加字符串int len = s1.length();// 或 s1.size()，获取字符串长度char ch = s1[0];// 通过索引访问字符（不检查边界）
ch = s1.at(0);// 使用at()访问（会检查边界，越界抛出异常）std::string sub = s1.substr(7, 5);// 提取子串（从位置7开始，长度为5）size_t pos = s1.find("World");// 查找子串，返回首次出现的位置（未找到返回std::string::npos）
s1.replace(7, 5, "C++");// 替换子串（从位置7开始，替换5个字符为"C++"）
s1.insert(7, "Beautiful ");// 插入字符串
s1.erase(7, 10);// 删除子串（从位置7开始，删除10个字符）if (s1 == s2) {/* 比较字符串 */ }// 支持关系运算符比较

输入输出。

使用getline读取整行文本（包括空格）：

std::string name;
std::cout << "Enter your full name: ";
std::getline(std::cin, name);// 读取整行
std::cout << "Hello, " << name << std::endl;

使用cin进行输入时，遇到空格、制表符或换行符会停止读取

转换

std::string与 C风格字符串互转。

std::string s = "Hello";
const char* cstr1 = s.c_str();// 转换为C风格字符串（只读，指向s的内部数据）const char* cstr2 = s.data();// C++17前与c_str()类似，C++17起可能不以空字符结尾char arr[20];
std::strcpy(arr, s.c_str());// 将s的内容复制到可修改的字符数组arr中const char* cstr = "World";
std::string s_from_c = cstr;// C风格字符串转换为std::string

注意：c_str()返回的指针在std::string对象发生修改后可能失效

⚖️ 3. 对比与选择

特性	C风格字符串	`std::string`
内存管理	手动管理，易出错	自动管理，避免泄漏
安全性	易缓冲区溢出/越界	更安全，边界检查
功能	基础函数（strlen, strcpy等）	丰富方法（拼接、查找、替换等）
性能	开销小，适合底层或嵌入式	动态扩容可能带来开销，但通常更便捷

建议：在现代C++开发中，优先使用std::string，除非在与C代码交互或对性能有极端要求的场景下才考虑使用C风格字符串
。

💡 4. 注意事项

数组越界：访问数组时，确保索引在[0, size-1]范围内，越界访问会导致未定义行为。
字符串结束符：操作C风格字符串时，务必确保其以'\0'结尾，否则相关字符串函数可能无法正常工作甚至导致程序崩溃。
空间充足：对C风格字符串进行拼接、复制等操作前，务必确认目标字符数组有足够的空间，防止缓冲区溢出。
std::string的c_str()：不要存储c_str()返回的指针并在后续修改std::string对象，除非已重新获取。该指针指向的数据可能在std::string修改后失效。