【C++】string类的基础操作

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导读

1. 基本概述

2. string类对象的常见构造

3. string类对象的容量操作

4. string类对象的访问及遍历操作

5. 迭代器

6. string类对象的修改操作

6.1 基本修改操作

6.2 c_str()函数

6.3 find + npos、rfind和substr

7. 输入输出流、关系运算符以及getline

7.1输入输出流

7.2 关系运算符

7.3 getline

导读

今天我们来学习在C++中string类的常见用法，比如构造、容量操作、遍历访问以及一些修改操作。

1. 基本概述

C++中的string类是一个用于处理字符串的标准库类。它提供了一些常用的操作和函数，使得字符串的处理更加方便和高效。

字符串的表示：string类可以表示一个字符序列，可以包含任意长度的字符。字符串可以由字符数组或者字符串字面值初始化。
字符串的操作：string类提供了一系列操作函数，包括字符串的连接、复制、查找、比较等。可以通过这些操作函数对字符串进行各种操作。
字符串的长度：string类提供了成员函数length()和size()来获取字符串的长度，即字符的个数。
字符串的访问：string类的字符可以通过下标操作符[]来访问，也可以通过at()函数来访问。同时，还可以通过迭代器来遍历字符串。
字符串的修改：string类的字符可以通过下标操作符[]进行修改，也可以通过成员函数append()、insert()、erase()等进行修改。
字符串的输入输出：string类可以通过输入输出流进行字符串的输入和输出，可以参与标准的输入输出操作。
字符串的比较：string类提供了比较操作符==、!=、>、<、>=、<=来比较字符串的大小。

总之，string类是C++中用来处理字符串的一个非常重要的类，提供了丰富的操作函数和方法，方便了字符串的处理和操作。

2. string类对象的常见构造

函数名称	功能说明
string()	构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s)	用C-string来构造string类对象
string(size_t n, char c)	string类对象中包含n个字符c
string(const string&s)	拷贝构造函数

void test_string1()
{
	string s0;			//使用默认构造函数构造一个空的string对象s0。
	string s1("hello world");//使用字符串字面值构造一个string对象s1
	string s2(s1);//使用s1进行拷贝构造，构造一个新的string对象s2
	string s3(s1, 5, 3);//构造一个从s1的第5个字符开始的长度为3的子串，构造的string对象为s3。
	string s4(s1, 5, 10);//造一个从s1的第5个字符开始的长度为10的子串，
	string s5(s1, 5);//构造一个从s1的第5个字符开始的子串，直到字符串末尾，

	cout << s0 << endl;
	cout << s1 << endl;
	cout << s2 << endl;
	cout << s3 << endl;
	cout << s4 << endl;
	cout << s5 << endl;

	string s6(10, '#');//使用重复10次的字符'#'构造一个string对象s6。
	cout << s6 << endl;

	s0 = s6;//将s6的值赋给s0
	cout << s0 << endl;
}
int main()
{
	test_string1();
	return 0;
}

3. string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size	返回字符串有效字符长度
length	返回字符串有效字符长度
capacity	返回空间总大小
empty	检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false
clear	清空有效字符
reserve	为字符串预留空间**
resize	将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充

void capacity_operations()
{
    string str = "hello world";

    cout << "Size of the string: " << endl;
    cout << str.size() << endl;

    cout << "Length of the string: " << endl;
    cout << str.length() << endl;

    str.resize(5); // 修改字符串的长度为5
    cout << "After resizing the string: " << endl;
    cout << str << endl;

    str.resize(10, 'a'); // 修改字符串的长度为10，并用字符 'a' 填充剩余部分
    cout << "After resizing and filling the string: " << endl;
    cout << str << endl;

    str.clear(); // 清空字符串
    cout << "After clearing the string: " << endl; 
    cout << str << endl;

    cout << "Is the string empty? " << endl;
    cout << (str.empty() ? "Yes" : "No") << endl;
    
    cout << "Capacity of the string: " << endl;
    cout << str.capacity() << endl;

    str.reserve(20); // 设置容量为20
    cout << "New capacity of the string: " << endl;
    cout << str.capacity() << endl;
}

int main()
{
    capacity_operations();

    return 0;
}

注意：

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间，resize(size_t n, char c)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。
reserve(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。

在这里可能有小伙伴们注意到了

为什么capacity返回的容量会比我们实际的多一些？

capacity() 函数返回当前字符串的容量，即字符串在不重新分配内存的情况下可以容纳的字符数。容量包括字符串实际存储的字符数以及额外的预留空间。

预留空间是为了避免频繁地进行内存重新分配操作，当字符串的空间不足时，string 类会自动分配一块更大的内存空间，并将原来的字符拷贝到新的内存中。

需要注意的是，capacity() 返回的容量不一定和实际分配的内存大小相等。实际分配的内存大小可以通过 sizeof(string) 来获得，这个大小包括了除了存储字符之外的其他开销，比如指针、长度信息等。

4. string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[ ]	返回pos位置的字符，const string类对象调用
begin+ end	begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
rbegin + rend	begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

void access_string()
{
    string str = "hello world";

    // 使用下标访问单个字符
    cout << "Using index access:";
    for (size_t i = 0; i < str.size(); i++)
    {
        cout << str[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用迭代器访问单个字符
    cout << "Using iterator access:";
    for (auto it = str.begin(); it != str.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用范围-based for循环遍历字符
    cout << "Using range-based for loop:";
    for (char ch : str)
    {
        cout << ch << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    access_string();

    return 0;
}

operator[]是C++中用于访问容器或数组中元素的运算符。

使用operator[]访问字符串中的字符时，如果索引越界，行为是未定义的。因此，在使用operator[]之前，应该确保索引在有效范围内。可以使用size()函数获取字符串的长度，并将索引与长度进行比较来确保不越界。

rbegin() 和 rend() 是用于反向遍历字符串的迭代器

rbegin() 函数返回一个指向字符串最后一个字符的逆向迭代器，即反向起始迭代器，而 rend() 函数返回一个指向字符串第一个字符的前一个位置的逆向迭代器，即反向结束迭代器。

范围for循环是C++11引入的一种语法糖，用于迭代一个范围内的元素。

我们使用范围for循环来遍历字符串str中的字符。在每次迭代时，当前字符被赋值给变量ch，然后我们将其输出。

范围for循环会自动处理迭代器的初始化和结束条件，并且会在循环内部按顺序遍历范围内的所有元素。

5. 迭代器

迭代器是一种用于访问容器（如数组、链表、字符串等）中元素的对象。它类似于指针，可以用来遍历容器中的元素，并进行读取、修改等操作。

在 C++ 中，string 类也提供了迭代器来遍历字符串中的每个字符。

string类提供了多种类型的迭代器，包括正向迭代器、反向迭代器和常量迭代器。

int main() 
{
    string str = "Hello, World!";

    // 正向迭代器
    string::iterator it;
    for (it = str.begin(); it != str.end(); ++it) 
    {
        cout << *it; // 输出当前字符
    }

    cout << endl;

    // 反向迭代器
    string::reverse_iterator rit;
    for (rit = str.rbegin(); rit != str.rend(); ++rit) 
    {
        cout << *rit; // 输出当前字符
    }
    cout << endl;

    // 使用常量迭代器遍历字符串
    string::const_iterator its;
    for (its = str.begin(); its != str.end(); ++its) 
    {
        cout << *its << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

使用常量迭代器可以确保在遍历字符串时不会修改字符串的内容。常量迭代器可以通过使用const_iterator或const_reverse_iterator类型来声明。

6. string类对象的修改操作

函数名称	功能说明
push_back	在字符串后尾插字符c
append	在字符串后追加一个字符串
operator+=	在字符串后追加字符串str
c_str	返回C格式字符串
find + npos	从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置
rfind	从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置
substr	在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

6.1 基本修改操作

int main() 
{
    string str = "Hello";

    // 使用赋值运算符修改字符串的内容
    str = "Hello World";
    cout << str << endl;

    //使用push_back函数在字符串的末尾添加一个字符。
    str.push_back('?');
    cout << str << endl;

    // 使用+=运算符进行字符串追加
    str += "!";
    cout << str << endl;

    // 使用append函数进行字符串追加
    str.append(" Welcome");
    cout << str << endl;

    // 使用insert函数在指定位置插入字符或子字符串
    str.insert(6, " to");
    cout << str << endl;

    // 使用erase函数删除指定位置的字符或子字符串
    str.erase(11, 8);
    cout << str << endl;

    // 使用replace函数替换指定位置的字符或子字符串
    str.replace(6, 2, "everybody");
    cout << str << endl;

    //使用assign函数将字符序列赋值给字符串对象
    str.assign(" xxxxx");
    cout << str << endl;

    //将字符序列的一部分赋值给字符串对象
    str.assign("Hello World", 5);
    cout << str << endl;

    return 0;
}

insert/erase/replace能少用就要少用，因为基本都要挪动数据，效率不高。

6.2 c_str()函数

c_str()是string类的一个成员函数，用于返回一个指向string对象中字符数组的指针。一般情况下，我们使用c_str()来将string对象转换为C风格字符串。

int main() 
{
    string str = "Hello, World!";
    const char* cstr = str.c_str();

    cout << cstr << endl;

    return 0;
}

6.3 find + npos、rfind和substr

find+npos：

find函数用于在字符串中查找指定子串的位置。npos是string类的静态成员常量，它的值是一个特殊的无效位置（通常为-1）。

int main() 
{
    string str = "Hello, World!";
    string subStr = "World";

    size_t found = str.find(subStr);
    if (found != string::npos) 
    {
        cout << "子字符串所在位置: " << found << endl;
    }
    else {
        cout << "没有找到" << endl;
    }

    return 0;
}

需要注意的是，npos的值是一个特殊值，可以用于与find函数的返回值比较，以判断子串是否找到。在大多数情况下，npos的值是一个非法的位置。

rfind 函数：

用于在字符串中从后往前查找子串的位置。rfind函数返回子串最后一次出现的位置，如果未找到则返回一个特殊的值npos。

int main() 
{
    string str = "Hello, Hello, World!";

    size_t found = str.rfind("Hello");
    if (found != string::npos) 
    {
        cout << "Last occurrence found at position: " << found << endl;
    }
    else 
    {
        cout << "Substring not found." << endl;
    }

    return 0;
}

substr函数：

substr函数用于从一个字符串中提取子串。

它接受两个参数：开始位置和要提取的子串的长度。

int main() 
{
    string str = "Hello, World!";

    // 提取从位置7开始的子串
    string sub1 = str.substr(7);
    cout << "Substring 1: " << sub1 << endl;

    // 提取从位置0开始长度为5的子串
    string sub2 = str.substr(0, 5);
    cout << "Substring 2: " << sub2 << endl;

    return 0;
}

注意：

如果提供的位置超出了字符串的长度，或者指定的长度超出了可用的子串长度，都会导致未定义行为。因此，在使用substr函数时需要确保提供的参数符合字符串的有效范围。

7. 输入输出流、关系运算符以及getline

函数	功能说明
operator>>	输入运算符重载
operator<<	输出运算符重载
getline	获取一行字符串
relational operators	大小比较

7.1输入输出流

operator>>和operator<<都是C++中的重载运算符，用于对输入流和输出流进行操作。

operator>>是输入流运算符，用于从输入流中读取数据。

istream& operator>>(istream& is, T& value);

其中，is是输入流对象，value是要读取数据的变量或对象。operator>>函数返回一个输入流对象，并将读取到的数据存储到value中。

operator<<是输出流运算符，用于向输出流中写入数据。

ostream& operator<<(ostream& os, const T& value);

其中，os是输出流对象，value是要写入输出流中的变量或对象。operator<<函数返回一个输出流对象。

这两个运算符可以重载为类成员函数或非成员函数。当重载为类成员函数时，第一个参数是隐式的，表示调用运算符的对象；当重载为非成员函数时，可以在函数的参数列表中指定输入/输出流对象。

class Point 
{
public:
    int x, y;
};

//非成员函数
ostream& operator<<(ostream& os, const Point& p) 
{
    os << "(" << p.x << ", " << p.y << ")";
    return os;
}

//非成员函数
istream& operator>>(istream& is, Point& p) 
{
    is >> p.x >> p.y;
    return is;
}

int main() 
{
    Point p;
    cout << "Enter x and y coordinates: ";
    cin >> p;
    cout << "You entered: " << p << endl;
    return 0;
}

operator<<被重载为非成员函数，用于将Point对象的坐标输出到输出流中；operator>>也被重载为非成员函数，用于从输入流中读取坐标并存储到Point对象中。在main()函数中，程序首先提示用户输入坐标，然后使用operator>>运算符将读取到的坐标存储到Point对象p中，最后使用operator<<运算符将p对象的值输出到屏幕上。

7.2 关系运算符

在C++中，string 类型可以使用关系运算符（relational operators）进行比较。以下是string 类型可用的关系运算符：

==：检查两个字符串是否相等。
!=：检查两个字符串是否不相等。
<：检查第一个字符串是否小于第二个字符串（按字典顺序比较）。
>：检查第一个字符串是否大于第二个字符串（按字典顺序比较）。
<=：检查第一个字符串是否小于等于第二个字符串（按字典顺序比较）。
>=：检查第一个字符串是否大于等于第二个字符串（按字典顺序比较）。

int main() 
{
    string str1 = "hello";
    string str2 = "world";

    if (str1 == str2) 
    {
        cout << "The strings are equal" << endl;
    }
    else if (str1 < str2) 
    {
        cout << "str1 is less than str2" << endl;
    }
    else 
    {
        cout << "str1 is greater than str2" << endl;
    }

    return 0;
}

7.3 getline

getline 函数，用于从输入流（如键盘、文件）中读取一行字符串。

getline(istream& input_stream, string& str, char delimiter);

input_stream 是输入流，可以是 cin（键盘输入）或 ifstream（文件输入）等。
str 是用于存储读取的字符串的变量，它必须是 string 类型的引用。
delimiter 是一个可选参数，表示行结束的分隔符，默认值为换行符 \n。

int main() 
{
    string str;
    cout << "Enter a line of text: ";
    getline(cin, str);

    cout << "You entered: " << str << endl;

    return 0;
}