C++ string 类

C++ String类是标准模板库（STL）中提供的动态字符串类型，用于替代C风格字符数组（`char[]`），提供更安全、灵活和高效的字符串操作功能。本节将详细介绍其核心特性、常用方法及实际应用。

概述

C++中的std::string类（定义在头文件<string>中）封装了字符序列，支持动态内存管理、丰富的成员函数和运算符重载。与C风格字符串相比，其主要优势包括：

• 自动内存管理：无需手动分配/释放内存。
• 安全性：避免缓冲区溢出风险。
• 功能性：内置拼接、查找、替换等操作。

基本操作

声明与初始化

#include <string>  
#include <iostream>  

int main() {  
    std::string s1;               // 空字符串  
    std::string s2 = "Hello";     // 从字面量初始化  
    std::string s3("World");      // 构造函数初始化  
    std::string s4(s2);           // 拷贝构造  

    std::cout << s2 + " " + s3;   // 输出: Hello World  
    return 0;  
}

常用成员函数

方法	描述	示例
length()	返回字符串长度	s2.length() // 5
append()	追加内容	s2.append("!") // "Hello!"
find()	查找子串位置	s2.find("ell") // 1
substr()	提取子串	s2.substr(1, 3) // "ell"

实际应用案例

用户输入处理

#include <string>  
#include <iostream>  

int main() {  
    std::string username;  
    std::cout << "Enter your name: ";  
    std::getline(std::cin, username);  // 读取整行输入  

    if (!username.empty()) {  
        std::cout << "Welcome, " << username << "!\n";  
    } else {  
        std::cout << "Name cannot be empty.\n";  
    }  
    return 0;  
}

输入/输出示例:

Enter your name: Alice  
Welcome, Alice!  

字符串分割

使用find和substr实现按分隔符分割字符串：

#include <vector>  
#include <string>  

std::vector<std::string> split(const std::string &s, char delimiter) {  
    std::vector<std::string> tokens;  
    size_t start = 0, end = s.find(delimiter);  
    while (end != std::string::npos) {  
        tokens.push_back(s.substr(start, end - start));  
        start = end + 1;  
        end = s.find(delimiter, start);  
    }  
    tokens.push_back(s.substr(start));  
    return tokens;  
}

高级特性

迭代器支持

std::string兼容STL迭代器，支持范围循环：

for (char c : s2) {  
    std::cout << c << " ";  // 输出: H e l l o  
}

性能优化

• 预留空间：通过`reserve()`减少动态分配次数。
• 移动语义：C++11后支持移动构造，提升大字符串传递效率。

graph LR A[创建字符串] --> B[操作: 拼接/查找] B --> C{是否需要扩容?} C -->|是| D[自动分配新内存] C -->|否| E[直接修改]

数学表示

字符串长度计算可表示为： $L(s)=\sum _{i=0}^{n-1}\{\begin{array}{ll}1& \text{如果 }s[i]\text{ 是有效字符}\\ 0& \text{否则}\end{array}$

总结

std::string是C++中处理文本的核心工具，结合了易用性与高性能。建议初学者掌握其基本操作后，逐步探索高级特性如正则表达式（<regex>）和国际化支持（locale）。