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C++:String类

news 2025/9/25 15:12:24

文章目录

  • 前言
  • 一、auto和范围for
  • 二、string常用接口
  • 三、浅拷贝与深拷贝
  • 总结

前言

掌握String类意味着能：

安全高效地处理文本；

避免底层编码陷阱；

利用高级功能（如正则表达式）；

理解内存机制，优化性能。

无论是开发应用、算法实现还是系统设计，字符串操作都是必备技能，直接关系到程序的健壮性和效率。

一、auto和范围for

1.1 auto关键字

auto关键字用于声明变量时自动推导类型，无需显式指定类型。

主要目的：减少冗长的类型声明，尤其在处理复杂类型（如迭代器、模板或lambda表达式）时，使代码更简洁。

推导规则：编译器根据初始化表达式推断类型，类似于模板参数推导。例如：如果初始化表达式是整数，auto推导为int。如果表达式是字符串字面量，推导为const char*。

注意：

1.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&
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
#include<iostream>
using namespace std;
int func1()
{
return 10;
}
// 不能做参数
void func2(auto a)
{}
// 可以做返回值，但是建议谨慎使用
auto func3()
{
return 3;
}
int main()
{
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = func1();
// 编译报错:rror C3531: “e”: 类型包含“auto”的符号必须具有初始值设定项
auto e;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
int x = 10;
auto y = &x;
auto* z = &x;
auto& m = x;
cout << typeid(x).name() << endl;
cout << typeid(y).name() << endl;
cout << typeid(z).name() << endl;
auto aa = 1, bb = 2;
// 编译报错：error C3538: 在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型
auto cc = 3, dd = 4.0;
// 编译报错：error C3318: “auto []”: 数组不能具有其中包含“auto”的元素类型
auto array[] = { 4, 5, 6 };
return 0;
}
#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{
std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange",
"橙子" }, {"pear","梨"} };
// auto的用武之地
//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
return 0;
}

1.2范围for

范围for循环的核心思想是自动遍历一个序列（如列表、数组、字符串等）中的每个元素。

它抽象了底层迭代过程：循环变量在每次迭代中绑定到序列的当前元素。

例如，在遍历一个列表时，循环变量会依次取列表中的每个值。

优点：

代码更简洁：减少索引管理代码。

可读性更强：直接表达“遍历每个元素”的意图。

安全性更高：避免索引越界错误。

范围for的底层，容器遍历实际就是替换为迭代器

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
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;
string str("hello world");
for (auto ch : str)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}

二、string常用接口

2.1 成员类型

实际底层为 char* str,_size, _capacity 的顺序表

2.2 成员函数

与顺序表数据结构类似，除了基本的增删查改，还多了一下这些内容

2.2.1 构造析构与复制重载

构造函数

析构函数

赋值运算符重载

void Teststring()
{
string s1; // 构造空的string类对象s1
string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

2.2.2 迭代器

迭代器是C++标准库中提供的一种抽象，用于访问容器（如vector、list、map等）中的元素，而无需关心容器的内部实现细节。它的作用类似于指针，允许遍历和操作容器中的元素

C++迭代器分为以下五类，每种类型支持不同的操作：

  1. 输入迭代器（Input Iterator）：只能单向读取数据（如istream_iterator）。
  2. 输出迭代器（Output Iterator）：只能单向写入数据（如ostream_iterator）。
  3. 前向迭代器（Forward Iterator）：支持读写和单向遍历（如forward_list的迭代器）。
  4. 双向迭代器（Bidirectional Iterator）：支持双向遍历（如list、map的迭代器）。
  5. 随机访问迭代器（Random Access Iterator）：支持随机访问和算术运算（如vector、array的迭代器）。

2.2.3 对容量操作

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。

2.2.4 访问元素

2.2.5 修改

注意：
1. 在string尾部追加字符时，s.push_back(c) / s.append(1, c) / s += 'c'三种的实现方式差不多，一般情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。
2. 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。

2.2.6 字符串操作

#include <string>
using namespace std;string str1 = "Hello";
string str2("World");
string str3 = str1 + " " + str2;string s = "example";
char c1 = s[2];    // 'a'
char c2 = s.at(3); // 'm'for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) {cout << s[i];
}
for (char ch : s) {cout << ch;
}string s = "C++";
s.append(" Programming"); // "C++ Programming"
s.insert(3, " is");       // "C++ is Programming"
s.erase(6, 5);            // "C++ Programming"
s.replace(4, 11, "awesome"); // "C++ awesome"string s1 = "apple";
string s2 = "banana";if (s1 < s2) {cout << "s1 is less than s2";
}
int result = s1.compare(s2); // returns <0, 0, or >0string s = "Hello, world!";
size_t pos = s.find("world"); // 7
pos = s.find('o');            // 4
pos = s.rfind('o');           // 8
pos = s.find_first_of("aeiou"); // 1 ('e')string s = "Hello, world!";
string sub = s.substr(7, 5); // "world"string numStr = "123";
int num = stoi(numStr);    // 123
string strNum = to_string(456); // "456"string input;
cin >> input; // reads until whitespace
getline(cin, input); // reads entire line
cout << "You entered: " << input;string s = "example";
const char* cstr = s.c_str();
const char* data = s.data(); // C++17起保证以空字符结尾

三、浅拷贝与深拷贝

3.1 浅拷贝（Shallow Copy）

浅拷贝仅复制对象的成员值，包括指针的地址，而不复制指针指向的实际数据。这可能导致多个对象共享同一块内存，引发问题如内存泄漏或双重释放错误。

  • 工作原理：如果类使用默认的拷贝构造函数或赋值运算符，C++会执行浅拷贝。指针成员被直接复制，新旧对象指向同一内存地址。
  • 潜在风险：当其中一个对象修改数据或析构时，会影响其他对象，导致未定义行为。
  • 代码示例： 以下是一个简单的类ShallowClass，包含一个指针成员。默认拷贝行为是浅拷贝。

3.2 深拷贝（Deep Copy）

深拷贝不仅复制对象成员，还复制指针指向的实际数据，创建独立的内存副本。这确保了对象间的数据隔离，避免共享内存问题。

  • 工作原理：需要自定义拷贝构造函数和赋值运算符，在拷贝时手动分配新内存并复制内容。
  • 优点：安全、可靠，适用于动态资源管理。
  • 代码示例： 修改上述类为DeepClass，实现深拷贝。
#include <iostream>
using namespace std;class DeepClass {
public:int* data;DeepClass(int value) {data = new int(value);}// 自定义拷贝构造函数（深拷贝）DeepClass(const DeepClass& other) {data = new int(*other.data); // 分配新内存并复制值}// 自定义赋值运算符（深拷贝）DeepClass& operator=(const DeepClass& other) {if (this != &other) { // 避免自赋值delete data; // 释放现有内存data = new int(*other.data); // 分配新内存并复制值}return *this;}~DeepClass() {delete data; // 安全释放}
};int main() {DeepClass obj1(10);DeepClass obj2 = obj1; // 深拷贝：obj2.data 指向新内存副本*obj1.data = 20; // 修改 obj1cout << *obj1.data << endl; // 输出 20cout << *obj2.data << endl; // 输出 10，obj2 数据独立，未受影响// 析构时各自释放内存，无错误return 0;
}//在这个例子中，拷贝构造函数和赋值运算符显式创建新内存并复制值，确保obj1 和 obj2 完全独立。

总结

C++标准库中的string类是一个用于表示和操作字符串的类，它位于头文件<string>中。string类提供了高效、安全且易于使用的字符串处理功能，避免了C风格字符串（如char*）的常见问题（如缓冲区溢出）。以下是其主要特性的总结：

1. 主要特性
  • 动态内存管理：string对象自动管理内存，无需手动分配或释放。例如，字符串长度可以动态变化。
  • 丰富的成员函数：支持各种字符串操作，如查找、替换、连接和比较。
  • 运算符重载：使用运算符简化操作，例如：
    • + 用于字符串连接（如 str1 + str2）。
    • ==, !=, <, > 等用于比较。
  • 兼容性：与C风格字符串无缝交互，例如可通过c_str()方法获取const char*。
  • 安全性：内置边界检查，减少运行时错误。
2. 常用成员函数
  • 长度相关：
    • size() 或 length()：返回字符串长度（类型为size_t），例如长度可表示为 $n$。
    • empty()：检查字符串是否为空。
  • 子串操作：
    • substr(pos, len)：从位置 pos 提取长度为 len 的子串。
    • find(str)：查找子串 str 的起始位置，返回索引（从0开始）。
  • 修改操作：
    • append(str)：在末尾添加字符串。
    • insert(pos, str)：在指定位置插入字符串。
    • replace(pos, len, str)：替换部分字符串。
  • 其他：
    • clear()：清空字符串。
    • at(index)：访问指定位置的字符（带边界检查）。
3. 优点
  • 易用性：简化字符串处理，代码更简洁。
  • 高效性：内部使用动态数组，支持快速操作。
  • 类型安全：强类型设计，减少错误。
  • 可扩展性：支持Unicode和多字节字符（通过wstring等变体）。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string str = "Hello, C++"; // 创建字符串cout << "Original: " << str << endl;cout << "Length: " << str.length() << endl; // 输出长度string sub = str.substr(0, 5); // 提取子串 "Hello"cout << "Substring: " << sub << endl;str.append(" World!"); // 添加字符串cout << "After append: " << str << endl;return 0;
}
5. 使用建议
  • 在C++中优先使用string而非C风格字符串。
  • 注意：string类在C++11及以后版本中支持移动语义，提升性能。
  • 对于复杂操作，可结合STL算法（如<algorithm>中的函数）。

总之，string类是C++中处理字符串的核心工具，它提升了代码的可靠性和可维护性。

http://www.dtcms.com/a/403623.html

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