C++ string：字符串的“魔法卷轴

原创已于 2025-02-15 15:58:31 修改 · 1.5k 阅读

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#开发语言 #c++

于 2024-10-18 09:25:44 首次发布

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C”

开篇小故事：魔法师的“文字卷轴”

想象一位魔法师有一份神奇的卷轴：

无论写下多少文字，卷轴自动延展，永不溢出。
可以随时擦除、修改、拼接文字，甚至快速搜索特定咒语。
卷轴还自带“索引目录”，瞬间跳转到任意段落。

在C++中，std::string 就是这样的魔法卷轴！它告别了C语言中“手动裁剪羊皮纸”的繁琐操作，让字符串处理变得优雅高效。

一、string是什么？

std::string是C++标准库提供的字符串类，封装了字符序列的动态管理。

动态内存：自动调整字符串长度，无需手动分配内存。
丰富接口：提供拼接、查找、替换、子串等便捷方法。
兼容C风格：可通过c_str()转换为const char*，与传统API交互。

与C风格字符串对比

特性	C风格字符串（`char[]`）	`std::string`
内存管理	手动分配/释放，易泄漏/越界	自动管理，安全高效
长度获取	`strlen()`遍历计数（O(n)）	`.size()`直接获取（O(1)）
修改操作	需手动处理内存	自动扩容，支持拼接、插入、删除等
安全性	易导致缓冲区溢出	自带边界检查（如`.at()`方法）

二、string的“基本咒语”

1. 创建字符串

#include <string>
using namespace std;

string s1;                  // 空字符串
string s2 = "Hello";        // 直接赋值
string s3(5, 'A');          // "AAAAA"
string s4(s2);              // 拷贝构造："Hello"
string s5(s2.begin(), s2.begin() + 3); // "Hel"（迭代器范围）

2. 字符串拼接

s1 = "Hello";
s1 += " World";           // "Hello World"
s1.append("!");           // "Hello World!"
s1.push_back('!');        // 末尾添加字符（效果同上）

string s6 = s2 + " C++";  // "Hello C++"

3. 访问字符

cout << s2[1];            // 'e'（不检查越界）
cout << s2.at(1);         // 'e'（越界抛出异常）
cout << s2.front();       // 'H'
cout << s2.back();        // 'o'

4. 字符串信息

if (s1.empty()) { /* 是否为空 */ }
cout << s1.size();        // 实际字符数
cout << s1.capacity();    // 当前容量（≥size）
s1.reserve(100);          // 预分配空间，避免频繁扩容
s1.shrink_to_fit();       // 释放多余内存（C++11）

三、string的“高级法术”

1. 查找与替换

string text = "C++ is powerful. C++ is fast.";
size_t pos = text.find("C++");      // 返回第一个匹配位置（0）
pos = text.find("Python");          // string::npos（未找到）

text.replace(0, 3, "Rust");         // "Rust is powerful. C++ is fast."
text.replace(text.find("C++"), 3, "Go"); // 替换第二个"C++"为"Go"

2. 子串提取

string sub = text.substr(0, 4);     // 提取前4个字符（"Rust"）

3. 字符串比较

if (s2 == "Hello") { /* 内容相等 */ }
if (s2.compare(0, 3, "Hel") == 0) { /* 前3个字符匹配 */ }

4. 遍历字符串

// 传统循环
for (int i = 0; i < s2.size(); i++) {
    cout << s2[i];
}

// 范围for循环（C++11）
for (char c : s2) {
    cout << c;
}

// 迭代器
for (auto it = s2.begin(); it != s2.end(); ++it) {
    cout << *it;
}

四、string的“隐藏技巧”

1. 与数值互转

// 字符串转数值
int num = stoi("42");          // 字符串转int
double pi = stod("3.14");      // 字符串转double

// 数值转字符串
string s7 = to_string(123);    // "123"
string s8 = to_string(3.14);   // "3.14"

2. 流操作（拼接复杂内容）

#include <sstream>
ostringstream oss;
oss << "Value: " << 42 << ", PI: " << 3.14;
string result = oss.str();     // "Value: 42, PI: 3.14"

3. 原始字符串字面量（C++11）

避免转义字符的困扰：

string path = R"(C:\Users\Document\file.txt)";  // 无需写双反斜杠
string json = R"({"name": "Alice", "age": 25})";

五、string的“使用禁忌”

1. 慎用`c_str()`

通过c_str()获取的const char*指针在string修改后可能失效：

string s = "Hello";
const char* ptr = s.c_str();
s += " World";        // 可能导致ptr指向的内存失效！
// cout << ptr;       // 危险！未定义行为

2. 避免返回局部string的引用

// 错误示例
string& badFunction() {
    string local = "Hello";
    return local; // 局部变量销毁后返回悬空引用！
}

3. 性能陷阱：频繁拼接

连续拼接字符串可能导致多次内存重分配：

// 低效写法
string s;
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    s += "a";  // 可能多次扩容
}

// 高效写法
s.reserve(10000);  // 预分配空间
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    s += "a";
}

六、string的“性能秘籍”

操作	时间复杂度	说明
`operator[]`	O(1)	直接访问字符
`append`/`+=`	平均O(1)	可能触发扩容（O(n)）
`find`	O(n)	线性搜索
`replace`	O(n)	替换位置后的字符需移动

最佳实践：

预分配空间：使用reserve()减少扩容次数。
批量操作：优先使用append而非多次+=。
避免中间子串：频繁提取子串可能导致内存碎片。

七、动手实验

1. 反转字符串

string s = "Hello";
reverse(s.begin(), s.end());  // "olleH"

2. 分割字符串

vector<string> split(const string& s, char delimiter) {
    vector<string> tokens;
    string token;
    istringstream iss(s);
    while (getline(iss, token, delimiter)) {
        tokens.push_back(token);
    }
    return tokens;
}

split("apple,banana,cherry", ','); // ["apple", "banana", "cherry"]