std::string 进阶与细节
本质：
std::string是一个 模板类std::basic_string<char>的特化。- 它在内部通常维护一个指向字符数组的指针、当前字符串的长度以及已分配内存的容量（capacity）。
构造函数多样性：
cppstd::string s1; // 默认构造，空字符串 std::string s2("hello"); // 从 C 风格字符串构造 std::string s3(s2); // 拷贝构造 std::string s4(s2, 1, 3); // 从 s2 的索引 1 开始取 3 个字符 ("ell") std::string s5(5, 'x'); // 包含 5 个 'x' 的字符串 ("xxxxx") std::string s6 = "world"; // 赋值构造（隐式转换）容量 (Capacity) 与大小 (Size/Length)：
length()或size()： 实际存储的字符数（不包括终止符\0）。capacity()： 当前字符串已分配的内存空间（包括终止符\0的空间，但不计入返回结果），通常capacity() >= size()。当size()超过capacity()时，string会自动重新分配更大的内存。reserve(n)： 预留至少n个字符的空间，避免频繁的内存重新分配，提高效率。shrink_to_fit()(C++11)： 请求减少capacity()到size()，释放多余内存（不保证一定会收缩）。
字符访问：
s[i]： 快速访问，但 不进行边界检查。越界访问会导致未定义行为。s.at(i)： 访问字符，进行边界检查。如果越界，会抛出std::out_of_range异常。- 迭代器：
s.begin(),s.end(),s.rbegin(),s.rend()用于遍历，支持范围for循环for (char c : s)。
比较操作：
- 支持所有关系运算符：
==,!=,<,<=,>,>=。 - 按字典序比较（逐字符比较 ASCII 值）。
cppif (s1 == s2) { /* ... */ } if (s1 < "apple") { /* ... */ }- 支持所有关系运算符：
修改字符串：
append()： 在末尾添加字符串，与+或+=类似，但可以更灵活地指定要添加的部分。assign()： 替换当前字符串内容。insert(pos, str)： 在指定位置插入字符串。erase(pos, len)： 删除从pos开始len个字符。replace(pos, len, str)： 替换从pos开始len个字符为str。
c_str()与data()：s.c_str()： 返回一个以null结尾的const char*指针。不要修改这个指针指向的内容，它的生命周期与string对象绑定。s.data()(C++11)： 返回一个const char*指向内部数据，但不保证以null结尾。在 C++11 之后，s.data()返回的指针是连续的，且在 C++17 之后，s.data()返回的指针也保证以null结尾（与c_str()相同）。如果需要修改内部数据（不常见且危险），在 C++11 后可以通过s.data()得到一个char*（如果string是非const的）。
输入/输出：
std::cin >> myString;// 读取一个单词（以空格、换行符分隔）std::getline(std::cin, myString);// 读取一整行直到换行符std::cout << myString;// 输出字符串
效率考虑：
- 频繁的字符串拼接（如在循环中使用
+）可能导致多次内存重新分配，效率低下。可以考虑使用append()，或者预先reserve()空间，或者使用std::stringstream进行构建。
- 频繁的字符串拼接（如在循环中使用
示例代码片段：
cpp
#include <iostream>
#include <string> // 必须包含
int main() {
std::string s1 = "Hello";
std::string s2 = " World";
// 拼接
std::string s3 = s1 + s2;
std::cout << "s3: " << s3 << std::endl; // Output: Hello World
// 长度与容量
std::cout << "s3 length: " << s3.length() << std::endl;
std::cout << "s3 capacity: " << s3.capacity() << std::endl;
// 访问字符
std::cout << "s3[0]: " << s3[0] << std::endl; // Output: H
try {
std::cout << "s3.at(100): " << s3.at(100) << std::endl;
} catch (const std::out_of_range& e) {
std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl; // Output: Error: basic_string::at: __n (which is 100) >= this->size() (which is 11)
}
// 查找与子串
size_t pos = s3.find("World");
if (pos != std::string::npos) {
std::cout << "'World' found at position: " << pos << std::endl; // Output: 'World' found at position: 6
std::string sub = s3.substr(pos, 5);
std::cout << "Substring: " << sub << std::endl; // Output: World
}
// 转换为 C 风格字符串
const char* c_str = s3.c_str();
std::cout << "C-style string: " << c_str << std::endl; // Output: Hello World
// 修改
s1.clear();
std::cout << "s1 empty? " << s1.empty() << std::endl; // Output: s1 empty? 1
s1.append("New Content");
std::cout << "s1: " << s1 << std::endl; // Output: New Content
s1.replace(4, 3, "---"); // 从索引4开始，替换3个字符为"---"
std::cout << "s1 after replace: " << s1 << std::endl; // Output: New ---tent
return 0;
}std::string 的遍历
遍历 std::string 是访问其中每个字符的常见操作。C++ 提供了多种方式来实现这一点，每种方式都有其适用场景和特点。
基于范围的 for 循环 (Range-based for loop) - (C++11 及更高版本推荐) 这是现代 C++ 中最简洁、最推荐的遍历方式，因为它自动处理迭代器的开始和结束，不易出错。
- 语法：
for (char_type variable_name : string_object) - 特点：
- 简洁易读： 代码量最少。
- 安全： 不涉及手动管理索引或迭代器，降低了越界风险。
- 默认只读：
char c形式是按值拷贝，不会修改原字符串。 - 可修改： 使用
char& c(引用) 可以直接修改字符串中的字符。
cppstd::string s = "Hello C++"; // 1. 只读遍历 (按值拷贝，不修改原字符串) std::cout << "Read-only (by value): "; for (char c : s) { std::cout << c << " "; // 输出: H e l l o C + + } std::cout << std::endl; // 2. 可修改遍历 (通过引用修改原字符串) std::cout << "Modifiable (by reference): "; for (char& c : s) { // 注意这里的 '&' if (c == ' ') { c = '_'; // 将空格替换为下划线 } std::cout << c << " "; } std::cout << std::endl; // 输出: H e l l o _ C + + std::cout << "String after modification: " << s << std::endl; // 输出: Hello_C++- 语法：
使用索引 (Index-based loop) 这是 C 语言风格的遍历方式，通过整数索引访问每个字符。
- 语法：
for (size_t i = 0; i < s.length(); ++i) - 特点：
- 控制精确： 可以精确控制起始和结束位置，以及步长。
- 可修改：
s[i]可以用于读写字符。 - 潜在风险： 需要手动管理索引，容易发生越界错误。使用
s.at(i)可以提供边界检查，但会带来额外的性能开销。
cppstd::string s = "ABCDE"; // 1. 正向遍历 std::cout << "Index-based forward: "; for (size_t i = 0; i < s.length(); ++i) { // 或 s.size() std::cout << s[i] << " "; // 输出: A B C D E } std::cout << std::endl; // 2. 反向遍历 (或特定步长) std::cout << "Index-based reverse: "; for (int i = s.length() - 1; i >= 0; --i) { std::cout << s[i] << " "; // 输出: E D C B A } std::cout << std::endl;- 语法：
使用迭代器 (Iterator-based loop)
std::string像所有标准库容器一样，支持迭代器。迭代器提供了一种抽象的指针概念，可以指向容器中的元素。常用迭代器：
s.begin(): 指向字符串的第一个字符。s.end(): 指向字符串末尾的“过去”位置（即最后一个字符的下一个位置）。s.cbegin()/s.cend()(C++11): 返回const_iterator，只读遍历。s.rbegin()/s.rend()(反向迭代器): 用于反向遍历。s.crbegin()/s.crend()(C++11): 返回const_reverse_iterator，只读反向遍历。
特点：
- 通用性强： 适用于所有标准库容器，统一了遍历接口。
- 灵活： 可以用于更复杂的算法（如
std::find,std::sort等）。 - 可修改： 非
const迭代器可以修改其指向的元素。
cppstd::string s = "Iterator"; // 1. 正向遍历 (读写) std::cout << "Iterator-based forward: "; for (std::string::iterator it = s.begin(); it != s.end(); ++it) { *it = std::toupper(*it); // 将字符转为大写 (需要 #include <cctype>) std::cout << *it << " "; // 输出: I T E R A T O R } std::cout << std::endl; std::cout << "String after modification: " << s << std::endl; // Output: ITERATOR // 2. 正向遍历 (只读，使用 const_iterator 或 auto) std::cout << "Iterator-based const_iterator: "; for (std::string::const_iterator it = s.cbegin(); it != s.cend(); ++it) { std::cout << *it << " "; // 输出: I T E R A T O R } std::cout << std::endl; // 3. 反向遍历 std::cout << "Reverse iterator: "; for (std::string::reverse_iterator it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it) { std::cout << *it << " "; // 输出: R O T A R E T I } std::cout << std::endl;