【C++ Primer】第三章：字符串、向量与数组

这一章介绍C++标准库中最重要的几个工具：string、vector和数组，以及迭代器的概念。

3.1 命名空间的using声明

在使用标准库组件之前，我们先简化一下命名空间的使用：

#include <iostream>// using声明：这样就不需要每次都写std::
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;// 或者使用using namespace（在小型程序中方便，大型项目不推荐）
// using namespace std;int main()
{cout << "Hello, World!" << endl;  // 不再需要std::return 0;
}

3.2 标准库类型string

string表示可变长的字符序列，是C风格字符串的现代替代品。

定义和初始化string

#include <iostream>
#include <string>  // 必须包含string头文件using std::cout;
using std::endl;
using std::string;int main()
{// 各种初始化方式string s1;               // 默认初始化，空字符串string s2 = "hello";     // 拷贝初始化string s3("world");      // 直接初始化string s4(5, 'c');       // s4的内容是"ccccc"string s5 = s2;          // s5是s2的副本cout << "s1: '" << s1 << "'" << endl;cout << "s2: " << s2 << endl;cout << "s4: " << s4 << endl;return 0;
}

string操作

#include <iostream>
#include <string>using std::cout;
using std::endl;
using std::string;int main()
{string s = "hello";// 基本操作cout << "s.empty(): " << s.empty() << endl;     // 0 (false)cout << "s.size(): " << s.size() << endl;       // 5cout << "s.length(): " << s.length() << endl;   // 5 (与size()相同)// 比较操作string s2 = "world";cout << "s == s2: " << (s == s2) << endl;       // 0cout << "s < s2: " << (s < s2) << endl;         // 1 (字典序比较)// 赋值和拼接s = "new string";              // 赋值s2 = s + " concatenated";      // 拼接s += "!";                      // 追加cout << "s: " << s << endl;cout << "s2: " << s2 << endl;return 0;
}

处理string中的字符

#include <iostream>
#include <string>
#include <cctype>  // 字符处理函数using std::cout;
using std::endl;
using std::string;int main()
{string s = "Hello, World!";// 范围for循环处理每个字符（C++11）for (auto c : s) {cout << c << " ";}cout << endl;// 使用引用修改字符串for (auto &c : s) {c = std::toupper(c);  // 转换为大写}cout << "大写: " << s << endl;// 使用下标运算符s[0] = 'h';  // 修改第一个字符cout << "修改后: " << s << endl;// 统计标点符号数量string text = "Hello, World!!!";int punct_count = 0;for (auto c : text) {if (std::ispunct(c)) {punct_count++;}}cout << "标点符号数量: " << punct_count << endl;return 0;
}

3.3 标准库类型vector

vector表示对象的集合，所有对象的类型都相同，是动态数组的现代替代品。

定义和初始化vector

#include <iostream>
#include <vector>  // 必须包含vector头文件using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;
using std::string;int main()
{// 各种初始化方式vector<int> ivec;              // 空vector，保存intvector<string> svec;           // 空vector，保存string// 列表初始化（C++11）vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5};vector<string> v2 = {"hello", "world"};// 创建指定数量的元素vector<int> v3(10, 1);         // 10个1vector<string> v4(5, "hi");    // 5个"hi"// 值初始化vector<int> v5(10);            // 10个0vector<string> v6(10);         // 10个空stringcout << "v1大小: " << v1.size() << endl;cout << "v3大小: " << v3.size() << endl;return 0;
}

向vector添加元素

#include <iostream>
#include <vector>using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;int main()
{vector<int> v;// 使用push_back添加元素for (int i = 0; i < 10; i++) {v.push_back(i * i);  // 添加平方数}cout << "vector大小: " << v.size() << endl;cout << "vector内容: ";for (auto i : v) {cout << i << " ";}cout << endl;// 读取成绩并统计分数段vector<unsigned> scores(11, 0);  // 11个分数段，初始为0unsigned grade;// 模拟输入成绩vector<unsigned> grades = {42, 65, 95, 100, 39, 67, 95, 76, 88, 76, 83, 92, 76};for (auto g : grades) {if (g <= 100) {++scores[g/10];  // 对应分数段计数加1}}cout << "分数段统计:" << endl;for (int i = 0; i < scores.size(); i++) {cout << i * 10 << "-" << i * 10 + 9 << ": " << scores[i] << endl;}return 0;
}

vector操作

#include <iostream>
#include <vector>using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;int main()
{vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};// 访问元素cout << "v[0]: " << v[0] << endl;cout << "v.front(): " << v.front() << endl;  // 第一个元素cout << "v.back(): " << v.back() << endl;    // 最后一个元素// 修改元素v[0] = 10;v.back() = 50;// 添加和删除元素v.push_back(6);        // 在末尾添加v.pop_back();          // 删除末尾元素cout << "修改后: ";for (auto i : v) {cout << i << " ";}cout << endl;// 比较vectorvector<int> v2 = {10, 2, 3, 4, 50};cout << "v == v2: " << (v == v2) << endl;return 0;
}

3.4 迭代器介绍

迭代器提供了一种通用的机制来访问容器中的元素。

使用迭代器

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;
using std::string;int main()
{string s = "hello world";vector<int> ivec = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用迭代器遍历stringcout << "字符串字符: ";for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {cout << *it << " ";}cout << endl;// 使用迭代器遍历vectorcout << "vector元素: ";for (auto it = ivec.begin(); it != ivec.end(); ++it) {cout << *it << " ";}cout << endl;// 迭代器类型vector<int>::iterator it1;        // 可读写vector<int>的元素vector<int>::const_iterator it2;  // 只能读，不能写// 使用迭代器修改元素for (auto it = ivec.begin(); it != ivec.end(); ++it) {*it *= 2;  // 每个元素乘以2}cout << "修改后: ";for (auto it = ivec.begin(); it != ivec.end(); ++it) {cout << *it << " ";}cout << endl;return 0;
}

迭代器运算

#include <iostream>
#include <vector>using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;int main()
{vector<int> ivec = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};// 使用迭代器进行二分搜索int target = 5;auto beg = ivec.begin();auto end = ivec.end();auto mid = beg + (end - beg) / 2;  // 中间点while (mid != end && *mid != target) {if (target < *mid) {end = mid;} else {beg = mid + 1;}mid = beg + (end - beg) / 2;}if (mid != end) {cout << "找到 " << target << " 在位置 " << (mid - ivec.begin()) << endl;} else {cout << "没有找到 " << target << endl;}return 0;
}

3.5 数组

数组是固定大小的同类元素集合。

定义和初始化数组

#include <iostream>using std::cout;
using std::endl;int main()
{// 数组声明int arr1[10];              // 10个整数的数组，未初始化int arr2[5] = {1, 2, 3};   // 前3个元素初始化，后2个为0int arr3[] = {1, 2, 3, 4}; // 维度为4的数组// 字符数组char ca1[] = {'C', '+', '+'};        // 维度3，没有空字符char ca2[] = {'C', '+', '+', '\0'};  // 维度4，显式空字符char ca3[] = "C++";                  // 维度4，自动添加空字符// 数组不允许拷贝和赋值// int arr4[] = arr3;       // 错误！不能用一个数组初始化另一个数组// 复杂的数组声明int *ptrs[10];              // ptrs是含有10个整型指针的数组int (*Parray)[10] = &arr2;  // Parray指向一个含有10个整数的数组int (&arrRef)[5] = arr2;    // arrRef引用一个含有5个整数的数组cout << "arr2[0]: " << arr2[0] << endl;cout << "arr2[4]: " << arr2[4] << endl;return 0;
}

访问数组元素

#include <iostream>using std::cout;
using std::endl;int main()
{int scores[] = {95, 87, 72, 64, 98, 56, 83, 91, 76, 88};// 使用范围for循环（C++11）cout << "所有分数: ";for (auto score : scores) {cout << score << " ";}cout << endl;// 使用下标int total = 0;for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {total += scores[i];}cout << "平均分: " << total / 10.0 << endl;// 统计不及格人数int fail_count = 0;for (auto score : scores) {if (score < 60) {++fail_count;}}cout << "不及格人数: " << fail_count << endl;return 0;
}

指针和数组

#include <iostream>using std::cout;
using std::endl;int main()
{int arr[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};// 数组名在很多情况下会被转换成指针int *p = arr;    // p指向arr的第一个元素cout << "*p: " << *p << endl;           // 0cout << "p[1]: " << p[1] << endl;       // 1cout << "*(p + 3): " << *(p + 3) << endl; // 3// 指针运算int *end = &arr[10];  // 指向arr尾后位置的指针for (int *ptr = arr; ptr != end; ++ptr) {cout << *ptr << " ";}cout << endl;// 标准库函数begin和end（C++11）int *beg = std::begin(arr);  // 指向arr首元素的指针int *last = std::end(arr);   // 指向arr尾后位置的指针// 使用指针遍历数组cout << "使用指针遍历: ";for (int *ptr = beg; ptr != last; ++ptr) {cout << *ptr << " ";}cout << endl;return 0;
}

C风格字符串

#include <iostream>
#include <cstring>  // C风格字符串函数using std::cout;
using std::endl;int main()
{const char str1[] = "Hello";const char str2[] = "World";// C风格字符串函数char result[20];std::strcpy(result, str1);    // 拷贝str1到resultstd::strcat(result, " ");     // 拼接空格std::strcat(result, str2);    // 拼接str2cout << "拼接结果: " << result << endl;cout << "字符串长度: " << std::strlen(result) << endl;cout << "比较str1和str2: " << std::strcmp(str1, str2) << endl;return 0;
}

📝 第三章关键要点总结

1. string vs C风格字符串：

   • 优先使用string，更安全、更方便
   • string自动管理内存，支持动态增长

2. vector vs 数组：

   • 优先使用vector，更灵活、更安全
   • vector支持动态增长，数组大小固定

3. 迭代器：

   • 提供统一的容器访问接口
   • begin()指向第一个元素，end()指向尾后位置
   • 支持++、--、*等操作

4. 现代C++特性：

   • 范围for循环：for (auto x : container)
   • 列表初始化：{1, 2, 3}
   • auto类型推断

这一章的内容非常实用，string和vector是现代C++编程中最常用的工具之一。多练习使用它们，会让你后续的学习轻松很多！