字符串

ZaynPei Lv6
  2025-09-03 18:00 2025-09-03 18:00 Created   2025-11-01 21:38:48 2025-11-01 21:38:48 Updated      1.8k Words  7 Mins

std::string 是 C++ 标准库中用于处理字符串的类，位于 头文件中，命名空间为 std > 在 C++ 中，强烈建议使用 string 类表示字符串，因为它是真正的字符串类型。而在 C 语言中实际上没有字符串类型，只是用字符数组和字符指针来模拟字符串，而且后者不太安全

char* (C 风格字符串)：本身没有成员函数，不能使用 .size() 或 .length()。要获取其长度，必须使用 C 语言的库函数 strlen()，这个函数定义在 (或 C 的 <string.h>) 头文件中。

C++ 字符串末尾没有 \0 字符。事实上，除了 C 语言外，其他语言都是将字符串本身及其长度存在内存中，因此不用 \0 标记结尾

其迭代器是随机访问迭代器, 支持跳跃式访问

常用接口:

  • size() / length()：获取字符串长度
  • empty()：判断字符串是否为空
  • clear()：清空字符串
  • reserve(n)：预分配内存
  • append() / +=：字符串连接
  • compare()：字符串比较
  • substr(pos, len)：获取子字符串
  • find() / rfind()：查找子字符串
  • insert(pos, str)：插入子字符串
  • erase(pos, len)：删除子字符串
  • push_back(char) / pop_back()：在字符串末尾添加或删除字符

定义和初始化

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#include <string>
using namespace std;

string s1;          // 空字符串

string s2("Hello"); // 用C字符串初始化
string s2 = "Hello";
string s5 = {"C++11"}; // C++11列表初始化

string s3(s2);      // 拷贝构造
string s4(5, 'a');  // 5个'a'： "aaaaa"（重复字符串）

vector<char>和string

在实际使用中, vector可以很方便地和string互相转换:

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string str = "Hello, World!";
vector<char> charVec(str.begin(), str.end()); // string -> vector<char>
string str2(charVec.begin(), charVec.end()); // vector<char> -> string

因此, 如果需要动态修改字符串内容, 也可以用vector来代替string以获得更灵活的接口

  • 当 std::string str 这行代码执行完毕后，变量 str 已经拥有了一个确定的、合法的、可用的值。它不是未定义的、也不是指向 null 的 ( RAII 的体现 )。std::string 的默认构造函数会将字符串初始化为一个空字符串 (Empty String), 具有以下明确的属性：
    • 值为 ““：它不包含任何字符。
    • 长度为 0：调用 str.length() 或 str.size() 会返回 0。
    • 是“空的”：调用 str.empty() 会返回 true。
    • 是有效的：可以立即对它进行各种操作，而不会导致程序错误。
  • 因为 std::string 是一个 类 (Class)，而不是像 int 或 char[] 这样的基础数据类型。在 C++ 中，当一个类的对象被创建时，会自动调用其相应的构造函数 (Constructor) 来进行初始化。

访问和赋值

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char c1 = s[0];     // 通过[]访问（不检查越界）, 但注意此时s[i]返回的是char类型的单个字符
char c2 = s.at(1);  // 通过at()访问（越界抛出异常）
char front = s.front(); // 首字符（C++11）
char back = s.back();   // 尾字符（C++11）

string s;
s = "Hello";        // 直接赋值
s[0] = 'J';
s.assign("World");  // assign函数赋值（string类的方法）
s.assign(s, 1, 3); // 从s2的索引1开始取3个字符："orl"赋值给s

在赋值时和 C 字符串的差别:

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char char1[20];
char char2[20] = "jaguar";
string str1;
string str2;

char1 = char2;                // illegal
str1 = str2;                  // legal

  • C 风格字符串 (char[]) 本质是“数组”, 当声明 char char1[20]; 时，实际是在内存的栈上请求了一块连续的、包含 20 个 char 类型元素的空间。char1 这个名字就代表了这块内存的起始地址。

  • 尝试执行 char1 = char2; 时，实际上是在命令编译器：“请把 char1 这个地址常量，修改为 char2 这个地址常量所代表的地址”。这在逻辑上是行不通的，也是 C/C++ 语法所禁止的。编译器会报错，通常提示“表达式必须是可修改的左值”或“数组类型不可赋值”。

字符串长度

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int len = s.size();  // 或 s.length()
int len = s.length();
bool isEmpty = s.empty(); // 是否为空
s.clear();           // 清空字符串
s.reserve(100);      // 预分配内存

字符串连接

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string s = "Hello";
s += " World";      // 追加字符串
s.append("!!");     // 追加："Hello World!!"
s.push_back('!');   // 追加单个字符

string str3;
str3 = str1 + str2;

字符串比较

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string a = "apple", b = "banana";
if (a == b) { /* ... */ } // 直接比较，同理>和<、<=等也一样，比较字典顺序
int cmp = a.compare(b);   // 返回0（相等）、正数（a > b）、负数（a < b）

关于单引号和双引号:

符号 用途 类型 内存内容 示例
’ ’ 单个字符 char ASCII 值 ‘A’
” ” 字符串 const char* 字符序列 + \0 “Hello”

因此对于string类型的s, 下列代码不正确s[i] == “V”而应该是s[i] == ‘V’

子串操作

substr() 函数 - 获取子字符串：s.substr(pos, len), 注意参数不是迭代器 - 参数： - pos：起始索引。 - len：长度（可选，默认到字符串末尾）( 不是终点位置!!! 已知终点算长度要 pos-start) 

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string s = "Hello World";
string sub1 = s.substr(6);    // "World"（从索引6开始到结尾）
string sub2 = s.substr(0, 5); // "Hello"（从0开始取5个字符）

子串查找

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size_t pos = s.find("World");    // 查找子串，返回起始索引，找不到返回 string::npos
size_t pos = s.find('o', 5);     // 从索引5开始查找字符'o'
size_t pos = s.rfind("lo");      // 反向查找子串

插入和删除

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s.insert(5, " INSERTED "); // 在索引5插入字符串
s.erase(5, 8);             // 从索引5删除8个字符, (pos, length)
s.erase(s.begin() + 2);   // 删除迭代器指向的字符

字符串输入和输出

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std::string s;
std::cin >> s; // 默认停止读取空格，分隔多单词输入

std::getline(std::cin, s); // 读取整行内容，包括空格

std::string s("Hello");
std::cout << s << std::endl; // 输出 "Hello"
  • 如果 cin 之后用到 getline，由于 cin 遇到空白字符时就停止往后读，输入流里可能还有未被读取的换行符，而 getline 将会读取一行字符串，直到遇到换行符。所以在使用 getline 前，应当先用 cin.get() 读取换行符（这个函数的功能是读取单个字符），然后再用 getline。

string和栈

string本身提供了push_back()和pop_back()方法, 可以把string当作栈来用

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#include <iostream>
#include <string>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
    string s;
    s.push_back('a');
    s.push_back('b');
    s.push_back('c');
    cout << "String as stack: " << s << endl; // 输出 "abc"

    s.pop_back();
    cout << "After pop_back: " << s << endl; // 输出 "ab"

    // 使用标准库的 stack
    stack<char> charStack;
    charStack.push('x');
    charStack.push('y');
    charStack.push('z');
    cout << "Stack top: " << charStack.top() << endl; // 输出 'z'
    
    charStack.pop();
    cout << "After pop, new top: " << charStack.top() << endl; // 输出 'y'

    return 0;
}

底层实现

std::string 通常在底层使用动态数组来存储字符数据。它会自动管理内存的分配和释放，以适应字符串长度的变化。常见的实现细节包括： - 动态内存分配：当字符串长度超过当前容量时，std::string 会分配更大的内存块，并将现有数据复制过去。 - 小字符串优化 (SSO)：许多 std::string 实现会使用小字符串优化技术，将较短的字符串直接存储在对象内部的固定大小缓冲区中，以减少动态内存分配的开销。

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字符串
  1. 定义和初始化
    1. vector<char>和string
  2. 访问和赋值
  3. 字符串长度
  4. 字符串连接
  5. 字符串比较
  6. 子串操作
    1. 子串查找
  7. 插入和删除
  8. 字符串输入和输出
  9. string和栈
  10. 底层实现