C++STL详解（一）：string类
有关string类文档介绍详解
一、auto和范围for
在这里补充2个C++11的小语法，方便我们后面的学习。
1、auto关键字
- 在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，后来这个不重要了。C++11中，标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。
- 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&。
- 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。
- auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用。
- 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；
}
这段代码通过 std::map 存储了三个水果名称及其对应的中文翻译，使用迭代器遍历并打印出每一个键值对。 auto 使得迭代器的类型自动推导，简化了代码。
2、范围for
- 对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束。
- 范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历。
- 范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到。
#
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类的常用接口说明（注意下面我只讲解最常用的接口）
1. string类对象的常见构造
- string()（空字符串构造）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s1; // 调用默认构造函数，构造一个空字符串
cout << "s1: " << s1 << endl; // 输出空内容
cout << "s1.size(): " << s1.size() << endl; // 输出 0
return 0;
}
功能说明：
构造一个空的 string 对象，不包含任何字符。
注意事项：
默认初始化后，size() 返回 0，但可以通过 push_back 或 += 动态添加字符。
- string(const char* s)（C字符串构造）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
const char* cstr = "Hello, C++";
string s2(cstr); // 用C风格字符串构造string对象
cout << "s2: " << s2 << endl; // 输出 "Hello, C++"
return 0;
}
功能说明：
通过C风格字符串（const char*）初始化 string 对象。
注意事项：
需确保传入的指针指向有效的以 \0 结尾的字符串，否则行为未定义。
- string(const string& s)（拷贝构造）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
string original = "Copy this";
string copy(original); // 调用拷贝构造函数
cout << "copy: " << copy << endl; // 输出 "Copy this"
return 0;
}
功能说明：
通过另一个 string 对象构造新对象，内容与原对象完全一致。
注意事项：
深拷贝实现，修改原对象不会影响新对象。
总结：
2、string类对象的容量操作
- size()（返回有效字符长度）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Hello";
cout << "s.size(): " << s.size() << endl; // 输出 5
return 0;
}
功能说明：
返回字符串中当前存储的有效字符数量（不包含结尾的 \0）。
注意事项：
与 length() 功能完全相同，但 size() 是STL容器的通用接口，推荐优先使用。
- empty()（检查字符串是否为空）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s1 = "abc";
string s2;
cout << "s1.empty(): " << s1.empty() << endl; // 输出 0（false）
cout << "s2.empty(): " << s2.empty() << endl; // 输出 1（true）
return 0;
}
功能说明：
若字符串长度为0（即 size() == 0），返回 true，否则返回 false。
注意事项：
比手动检查 size() == 0 更直观，推荐使用。
- clear()（清空字符串）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Hello";
s.clear();
cout << "After clear, s: " << s << endl; // 输出空
cout << "s.size(): " << s.size() << endl; // 输出 0
cout << "s.capacity(): " << s.capacity() << endl; // 容量可能不变
return 0;
}
功能说明：
清空字符串内容，但不释放内存（capacity() 可能保持不变）。
注意事项：
若需彻底释放内存，可结合 shrink_to_fit()（C++11）使用。
- reserve()（预留空间）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s;
s.reserve(100); // 预分配至少100字节的空间
cout << "s.capacity(): " << s.capacity() << endl; // 可能 >=100
cout << "s.size(): " << s.size() << endl; // 输出 0（内容仍为空）
return 0;
}
功能说明：
提前分配内存以减少后续动态扩容的开销。
注意事项：
实际容量可能大于请求值（由实现决定）。
仅影响容量，不改变内容或长度。
- resize()（调整有效字符数量）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Hello";
s.resize(8, 'x'); // 扩展至8字符，不足部分用'x'填充
cout << "s: " << s << endl; // 输出 "Helloxxx"
s.resize(3); // 截断至3字符
cout << "s: " << s << endl; // 输出 "Hel"
return 0;
}
功能说明：
调整字符串长度：
若 n > size()，填充指定字符（默认 \0）。
若 n < size()，截断多余字符。
注意事项：
- 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()。
- clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
- 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resize(size_t n, charc)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。
- eserve(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。
总结：
3、string类对象的访问及遍历操作
- operator[]（下标访问字符）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Hello";
// 非const对象：可读可写
s[0] = 'h'; // 修改第一个字符
cout << s[0] << endl; // 输出 'h'（读取第一个字符）
// const对象：只读
const string cs = "World";
cout << cs[2] << endl; // 输出 'r'（只能读取）
// cs[0] = 'w'; // 错误！const对象不可修改
return 0;
}
功能说明：
通过下标直接访问指定位置的字符（从 0 开始）。
注意事项：
不检查越界（若 pos >= size()，行为未定义）。
对 const string 返回 const char&，禁止修改。
- begin() 和 end()（正向迭代器）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "C++";
// 使用迭代器遍历
for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it)
{
cout << *it << " "; // 输出：C + +
}
cout << endl;
// 修改内容
*s.begin() = 'c'; // 将首字符改为 'c'
cout << s << endl; // 输出 "c++"
return 0;
}
功能说明：
begin() 返回指向首字符的迭代器，end() 返回末尾的“哨兵”迭代器（指向最后一个字符的下一个位置）。
注意事项：
若字符串为空，begin() == end()。
支持通过迭代器修改字符（除非是 const 迭代器）。
- rbegin() 和 rend()（反向迭代器）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "12345";
// 反向遍历
for (auto rit = s.rbegin(); rit != s.rend(); ++rit)
{
cout << *rit << " "; // 输出：5 4 3 2 1
}
cout << endl;
return 0;
}
功能说明：
rbegin() 返回指向最后一个字符的反向迭代器，rend() 返回首字符前一个位置的迭代器。
注意事项：
反向迭代器的 ++ 操作会向字符串开头移动。
- 范围 for 循环（C++11）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Range";
// 简洁遍历（只读）
for (char ch : s)
{
cout << ch << " "; // 输出：R a n g e
}
cout << endl;
// 修改内容需用引用
for (char& ch : s)
{
ch = toupper(ch); // 转为大写
}
cout << s << endl; // 输出 "RANGE"
return 0;
}
功能说明：
语法上，底层通过 begin() 和 end() 实现。
注意事项：
若需修改元素，需使用 char& 引用类型。
总结：
4、string类对象的修改操作
- operator+=（追加字符串/字符）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Hello";
s += " World"; // 追加字符串
s += '!'; // 追加字符
cout << s << endl; // 输出 "Hello World!"
return 0;
}
功能说明：
支持追加另一个 string、C风格字符串或单个字符。
注意事项：
直接修改原字符串，是最常用的拼接方式（高效且简洁）。
- c_str()（返回C风格字符串）
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;
int main()
{
string s = "C++";
const char* p = s.c_str(); // 获取C风格字符串指针
cout << "C-string: " << p << endl; // 输出 "C++"
cout << "Length via strlen: " << strlen(p) << endl; // 输出 3
// 注意：若s被修改，p可能失效
s += "11";
// cout << p; // 危险！p可能指向无效内存
return 0;
}
功能说明：
返回 const char* 指针，指向以 \0 结尾的字符数组。
注意事项：
不要存储返回的指针，若原 string 被修改，指针可能失效（如扩容后）。
常用于需要C风格字符串的接口（如文件操作、C库函数）。
- find() 和 npos（查找字符/子串）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Hello, C++!";
size_t pos;
// 查找字符
pos = s.find('C');
if (pos != string::npos)
{
cout << "'C' found at: " << pos << endl; // 输出 7
}
// 查找子串
pos = s.find("C++");
if (pos != string::npos)
{
cout << "\"C++\" found at: " << pos << endl; // 输出 7
}
// 查找不存在的字符
pos = s.find('x');
if (pos == string::npos)
{
cout << "'x' not found!" << endl; // 输出此提示
}
return 0;
}
功能说明：
find() 返回首次匹配的位置（从 0 开始），失败时返回 string::npos。
可查找字符或子串，支持指定起始位置（如 s.find(‘o’, 5)）。
注意事项：
检查返回值时必须使用 npos，不可直接与 -1 比较（npos 是无符号类型）。
rfind() 为反向查找（从后往前）。
- substr()（提取子串）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s = "Programming";
string sub = s.substr(3, 4); // 从位置3开始，截取4个字符
cout << sub << endl; // 输出 "gram"
// 省略长度参数：截取到末尾
sub = s.substr(7);
cout << sub << endl; // 输出 "ming"
return 0;
}
功能说明：
返回从 pos 开始、长度为 n 的子串（默认 n 到末尾）。
注意事项：
1. 在string尾部追加字符时，s.push_back© / 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
总结：
5、string类非成员函数
- operator>> 和 operator<<（输入/输出运算符重载）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s;
// 输入示例（遇到空格/换行停止）
cout << "Enter a word: ";
cin >> s; // 输入 "Hello World"
cout << "You entered: " << s << endl; // 输出 "Hello"（空格截断）
// 输出示例
string name = "Alice";
cout << "Name: " << name << endl; // 输出 "Name: Alice"
return 0;
}
功能说明：
从流中读取数据到 string，默认以空格/换行分隔。
将 string 输出到流。
注意事项：
会忽略前导空白符，读取到下一个空白符为止。
需配合 getline() 读取整行（见下文）。
- getline()（获取整行输入）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string line;
cout << "Enter a line: ";
getline(cin, line); // 读取整行（包括空格）
cout << "Line: " << line << endl; // 输出完整输入
// 指定分隔符（默认'\n'）
getline(cin, line, ';'); // 读取直到遇到分号
cout << "Until ';': " << line << endl;
return 0;
}
功能说明：
从输入流中读取一行（默认以 \n 结尾），可指定分隔符。
注意事项：
与 cin >> 混用时，需先清除缓冲区残留的换行符：
cin.ignore(); // 忽略前一个输入的换行
- relational operators（比较运算符）
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string a = "apple";
string b = "banana";
// 比较示例（按字典序）
cout << boolalpha;
cout << "a < b: " << (a < b) << endl; // 输出 true（'a' < 'b'）
cout << "a == \"apple\": " << (a == "apple") << endl; // 输出 true
// 支持所有比较运算符：>, >=, <=, !=
return 0;
}
功能说明：
按字符的字典序（ASCII值）逐位比较。
注意事项：
比较时区分大小写（“A” < “a” 为真）。
可直接与C风格字符串比较（如 s == “text”）。
- operator+（不推荐使用）
string s1 = "Hello", s2 = "World";
string s3 = s1 + " " + s2; // 拼接，但每次+生成临时对象
为什么不推荐？
每次 + 操作会生成临时对象，频繁拼接时效率低（尤其是循环中）。
替代方案：
使用 += 或 append() 直接修改原字符串：
string s;
s += s1;
s += " ";
s += s2; // 无额外拷贝
总结：
三、vs和g++下string结构的说明
注意：下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节。
1、vs下string的结构
string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义。
string中字符串的存储空间：
- 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
- 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间
这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。
其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量。
最后：还有一个指针做一些其他事情。故总共占16+4+4+4=28个字节。
2、g++下string的结构
G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：
- 空间总大小
- 字符串有效长度
- 引用计数
- 指向堆空间的指针，用来存储字符串