【掌握C++ string 类】——【高效字符串操作】的【现代编程艺术】

专栏：C++学习笔记 

上一篇：【C++】——【 STL简介】——【详细讲解】

1. 为什么要学习 string 类？

1.1 C 语言中的字符串

在 C 语言中，字符串是以 '\0' 结尾的字符集合。如下所示：

#include <stdio.h>int main() {char str[] = "Hello, World!";printf("%s\n", str);return 0;
}

需要记住的知识点：

  1. C 风格字符串是以 '\0' 结尾的字符数组。
  2. 使用 char 类型数组表示字符串。
  3. C 库提供的字符串操作函数与字符串本身是分离的。

小李的理解： C 语言中的字符串处理很基础，使用字符数组来存储，但需要手动管理内存，很容易出错。

1.2 两个面试题

字符串转整形数字

题目描述：将字符串表示的数字转换为整形数字，例如将 "12345" 转换为 12345。

实现方法：可以使用 std::stoi 函数将字符串转换为整形数字。

示例代码：

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str = "12345";try {int num = std::stoi(str); // 将字符串转换为整形数字std::cout << "字符串 \"" << str << "\" 转换为整形数字: " << num << std::endl;} catch (const std::invalid_argument& e) {std::cout << "无效的输入: " << str << std::endl;} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << "输入超出范围: " << str << std::endl;}return 0;
}

 

需要记住的知识点：

  1. 使用 std::stoi 函数将字符串转换为整形数字。
  2. std::stoi 在转换失败时会抛出异常，可以根据需要进行异常处理。

小李的理解：

使用 std::stoi 函数非常方便，可以直接将表示数字的字符串转换为整形数字。这在处理用户输入或文件读取的数据时非常有用。

字符串相加

题目描述：将两个字符串拼接成一个字符串，例如将 "Hello, " 和 "World!" 拼接成 "Hello, World!"。

实现方法：可以使用 + 运算符或者 append 方法将两个字符串拼接。

示例代码：

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str1 = "Hello, ";std::string str2 = "World!";// 方法1：使用 + 运算符拼接std::string result1 = str1 + str2;std::cout << "使用 + 运算符拼接: " << result1 << std::endl;// 方法2：使用 append 方法拼接std::string result2 = str1;result2.append(str2);std::cout << "使用 append 方法拼接: " << result2 << std::endl;return 0;
}

需要记住的知识点：

  1. 使用 + 运算符可以方便地将两个字符串拼接。
  2. 使用 append 方法也可以实现字符串拼接，适用于更复杂的字符串操作。

小李的理解：

C++ 中提供了多种字符串拼接方法，+ 运算符简单直观，适合拼接固定数量的字符串。append 方法则适合在循环或更复杂的逻辑中使用。

详细运行结果分析

字符串转整形数字

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str = "12345";try {int num = std::stoi(str); // 将字符串转换为整形数字std::cout << "字符串 \"" << str << "\" 转换为整形数字: " << num << std::endl;} catch (const std::invalid_argument& e) {std::cout << "无效的输入: " << str << std::endl;} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << "输入超出范围: " << str << std::endl;}return 0;
}

异常处理：

  • std::invalid_argument：如果输入的字符串不是一个有效的整数，则会抛出此异常。
  • std::out_of_range：如果输入的字符串表示的整数超出了整形数字的范围，则会抛出此异常。

需要注意的地方：std::stoi 在处理非常大的数字时，可能会抛出 std::out_of_range 异常。

补充代码：处理无效输入和超出范围的情况

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str1 = "12345";std::string str2 = "12345abc";std::string str3 = "99999999999999999999999999";try {int num1 = std::stoi(str1); // 正确转换std::cout << "字符串 \"" << str1 << "\" 转换为整形数字: " << num1 << std::endl;} catch (const std::invalid_argument& e) {std::cout << "无效的输入: " << str1 << std::endl;} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << "输入超出范围: " << str1 << std::endl;}try {int num2 = std::stoi(str2); // 转换失败std::cout << "字符串 \"" << str2 << "\" 转换为整形数字: " << num2 << std::endl;} catch (const std::invalid_argument& e) {std::cout << "无效的输入: " << str2 << std::endl;} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << "输入超出范围: " << str2 << std::endl;}try {int num3 = std::stoi(str3); // 转换失败std::cout << "字符串 \"" << str3 << "\" 转换为整形数字: " << num3 << std::endl;} catch (const std::invalid_argument& e) {std::cout << "无效的输入: " << str3 << std::endl;} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << "输入超出范围: " << str3 << std::endl;}return 0;
}

 字符串相加

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str1 = "Hello, ";std::string str2 = "World!";// 方法1：使用 + 运算符拼接std::string result1 = str1 + str2;std::cout << "使用 + 运算符拼接: " << result1 << std::endl;// 方法2：使用 append 方法拼接std::string result2 = str1;result2.append(str2);std::cout << "使用 append 方法拼接: " << result2 << std::endl;return 0;
}

细节分析：

  1. 使用 + 运算符拼接时，会生成一个新的字符串对象。
  2. 使用 append 方法拼接时，会在原有字符串对象上进行修改，适合在需要多次拼接的情况下使用以减少不必要的对象创建。

补充代码：使用多次拼接的情况

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str1 = "Hello, ";std::string str2 = "World!";std::string str3 = " How are you?";// 多次使用 + 运算符拼接std::string result1 = str1 + str2 + str3;std::cout << "多次使用 + 运算符拼接: " << result1 << std::endl;// 多次使用 append 方法拼接std::string result2 = str1;result2.append(str2).append(str3);std::cout << "多次使用 append 方法拼接: " << result2 << std::endl;return 0;
}

 

通过这些详细的代码示例和运行结果分析，相信你能更好地理解如何在 C++ 中进行字符串转整形数字和字符串相加操作，并在实际应用中灵活使用这些方法。

2. 标准库中的 string 类

2.1 string 类的基本介绍

文档介绍

  1. string 是一个表示字符序列的类。
  2. string 类提供了丰富的接口，类似于标准容器（如 vector），但还添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
  3. string 是 basic_string 模板类的一个实例，使用 char、char_traits 和 allocator 作为模板参数。
  4. string 类独立于编码处理字节。

需要记住的知识点：

  1. string 类表示字符序列。
  2. 提供类似于标准容器的接口。
  3. string 实际上是 basic_string<char, char_traits, allocator> 的实例。

小李的理解： string 类封装了字符串操作，提供了很多方便的函数，不需要我们手动管理内存。

示例代码

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str = "Hello, World!";std::cout << str << std::endl;return 0;
}

2.2 string 类的常用接口

构造函数

string()：构造一个空的 string 对象。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s;std::cout << "Empty string: '" << s << "'" << std::endl;return 0;
}

 string(const char* s)：用 C 风格字符串构造 string 对象。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s("Hello, World!");std::cout << s << std::endl;return 0;
}

string(size_t n, char c)：构造一个包含 n 个字符 c 的 string 对象。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s(10, 'a');std::cout << s << std::endl;return 0;
}

string(const string& s)：拷贝构造函数，用另一个 string 对象构造新对象。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s1 = "Hello";std::string s2(s1);std::cout << s2 << std::endl;return 0;
}

 

容量操作

size() / length()：返回字符串的有效字符长度。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";std::cout << "Size: " << s.size() << std::endl;std::cout << "Length: " << s.length() << std::endl;return 0;
}

capacity()：返回字符串的总容量。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";std::cout << "Capacity: " << s.capacity() << std::endl;return 0;
}

 empty()：检测字符串是否为空，空则返回 true，否则返回 false。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s;if (s.empty()) {std::cout << "String is empty" << std::endl;}return 0;
}

clear()：清空字符串中的有效字符。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";s.clear();std::cout << "String after clear: '" << s << "'" << std::endl;return 0;
}

reserve(size_t res_arg=0)：为字符串预留空间，不改变有效字符个数。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s;s.reserve(100);std::cout << "Reserved capacity: " << s.capacity() << std::endl;return 0;
}

resize(size_t n) / resize(size_t n, char c)：将有效字符个数改为 n，多出的空间用字符 c 填充。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";s.resize(10, 'x');std::cout << "Resized string: " << s << std::endl;return 0;
}

访问及遍历操作

operator[]：返回指定位置的字符。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";std::cout << "Character at index 1: " << s[1] << std::endl;return 0;
}

begin() / end()：返回字符串的起始迭代器和结束迭代器。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {std::cout << *it << ' ';}std::cout << std::endl;return 0;
}

 rbegin() / rend()：返回反向迭代器。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it) {std::cout << *it << ' ';}std::cout << std::endl;return 0;
}

 范围 for 循环：C++11 引入的简洁遍历方式。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";for (char c : s) {std::cout << c << ' ';}std::cout << std::endl;return 0;
}
修改操作

1.push_back(char c)：在字符串末尾添加字符 c。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";s.push_back('!');std::cout << s << std::endl;return 0;
}

2.append(const string& str)：在字符串末尾追加字符串 str。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";s.append(" World");std::cout << s << std::endl;return 0;
}

3.operator+=：在字符串末尾追加字符串。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";s += " World";std::cout << s << std::endl;return 0;
}

 

4.c_str()：返回 C 风格字符串。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";const char* c_str = s.c_str();std::cout << c_str << std::endl;return 0;
}

 

5.find(char c, size_t pos=0)：从指定位置开始查找字符 c。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";size_t pos = s.find('l');if (pos != std::string::npos) {std::cout << "Character 'l' found at position: " << pos << std::endl;} else {std::cout << "Character not found" << std::endl;}return 0;
}

 

6.rfind(char c, size_t pos=npos)：从指定位置开始反向查找字符 c。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello";size_t pos = s.rfind('l');if (pos != std::string::npos) {std::cout << "Character 'l' found at position: " << pos << std::endl;} else {std::cout << "Character not found" << std::endl;}return 0;
}

 

7.substr(size_t pos=0, size_t n=npos)：返回从指定位置开始的子字符串。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello, World!";std::string sub = s.substr(7, 5); // 从第7个位置开始，取5个字符std::cout << "Substring: " << sub << std::endl;return 0;
}

非成员函数

1.operator+：字符串拼接。

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s1 = "Hello";std::string s2 = " World";std::string s3 = s1 + s2;std::cout << s3 << std::endl;return 0;
}

 

2.operator>>：输入运算符重载。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s;std::cout << "Enter a string: ";std::cin >> s; // 从输入读取字符串，遇到空格结束std::cout << "You entered: " << s << std::endl;return 0;
}

3.operator<<：输出运算符重载。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s = "Hello, World!";std::cout << s << std::endl; // 输出: Hello, World!return 0;
}

4.getline：读取一行字符串。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string line;std::cout << "Enter a line of text: ";std::getline(std::cin, line); // 从输入读取一行字符串std::cout << "You entered: " << line << std::endl;return 0;
}

5.关系运算符：字符串比较。 

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s1 = "Hello";std::string s2 = "World";if (s1 < s2) {std::cout << s1 << " is less than " << s2 << std::endl;} else {std::cout << s1 << " is not less than " << s2 << std::endl;}return 0;
}

3. 扩展阅读

需要记住的知识点：

  1. string 类是 basic_string 模板类的实例。
  2. 提供丰富的接口，简化字符串操作。
  3. 内存管理由 string 类自动处理，避免了手动管理内存的复杂性和风险。

小李的理解： string 类让字符串操作变得简单而安全。通过理解 string 类的各种接口和功能，可以更高效地编写 C++ 程序。

示例代码

找字符串中第一个只出现一次的字符

#include <iostream>
#include <string>class Solution {
public:int firstUniqChar(const std::string& s) {int count[256] = {0};for (char c : s) {count[c]++;}for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) {if (count[s[i]] == 1) {return i;}}return -1;}
};int main() {Solution solution;std::string s = "leetcode";int index = solution.firstUniqChar(s);if (index != -1) {std::cout << "The first unique character is at index: " << index << std::endl;} else {std::cout << "No unique character found" << std::endl;}return 0;
}

 

验证一个字符串是否是回文 

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>class Solution {
public:bool isPalindrome(const std::string& s) {std::string filtered;for (char c : s) {if (isalnum(c)) {filtered += tolower(c);}}std::string reversed = filtered;std::reverse(reversed.begin(), reversed.end());return filtered == reversed;}
};int main() {Solution solution;std::string s = "A man, a plan, a canal: Panama";bool result = solution.isPalindrome(s);if (result) {std::cout << "\"" << s << "\" is a palindrome" << std::endl;} else {std::cout << "\"" << s << "\" is not a palindrome" << std::endl;}return 0;
}

总结 

1. 为什么要学习 string 类？

C 语言中的字符串

  • C 风格字符串是以 '\0' 结尾的字符数组，使用 char 类型数组表示。
  • C 库提供的字符串操作函数与字符串本身是分离的，需要手动管理内存，容易出错。

字符串转整形数字

  • 使用 std::stoi 函数可以方便地将字符串转换为整形数字。
  • std::stoi 在转换失败时会抛出异常，可以进行异常处理。

字符串相加

  • 使用 + 运算符和 append 方法可以轻松实现字符串拼接。
  • + 运算符适合拼接固定数量的字符串，append 方法适合在循环或复杂逻辑中使用。

2. 标准库中的 string 类

基本介绍

  • string 类表示字符序列，提供类似于标准容器的接口。
  • string 实际上是 basic_string<char, char_traits, allocator> 的实例，封装了字符串操作，提供方便的函数和自动内存管理。

常用接口

构造函数
  • string()：构造一个空的 string 对象。
  • string(const char* s)：用 C 风格字符串构造 string 对象。
  • string(size_t n, char c)：构造一个包含 n 个字符 c 的 string 对象。
  • string(const string& s)：拷贝构造函数，用另一个 string 对象构造新对象。
容量操作
  • size() / length()：返回字符串的有效字符长度。
  • capacity()：返回字符串的总容量。
  • empty()：检测字符串是否为空。
  • clear()：清空字符串中的有效字符。
  • reserve(size_t res_arg=0)：为字符串预留空间。
  • resize(size_t n) / resize(size_t n, char c)：将有效字符个数改为 n，多出的空间用字符 c 填充。
访问及遍历操作
  • operator[]：返回指定位置的字符。
  • begin() / end()：返回字符串的起始迭代器和结束迭代器。
  • rbegin() / rend()：返回反向迭代器。
  • 范围 for 循环：C++11 引入的简洁遍历方式。
修改操作
  • push_back(char c)：在字符串末尾添加字符 c。
  • append(const string& str)：在字符串末尾追加字符串 str。
  • operator+=：在字符串末尾追加字符串。
  • c_str()：返回 C 风格字符串。
  • find(char c, size_t pos=0)：从指定位置开始查找字符 c。
  • rfind(char c, size_t pos=npos)：从指定位置开始反向查找字符 c。
  • substr(size_t pos=0, size_t n=npos)：返回从指定位置开始的子字符串。
非成员函数
  • operator+：字符串拼接。
  • operator>>：输入运算符重载。
  • operator<<：输出运算符重载。
  • getline：读取一行字符串。
  • 关系运算符：字符串比较。

3. 扩展阅读

  • string 类是 basic_string 模板类的实例，提供丰富的接口，简化字符串操作。
  • 内存管理由 string 类自动处理，避免了手动管理内存的复杂性和风险。

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方案背景 近日&#xff0c;欧盟就统一充电器接口的提案达成了一项政治协议&#xff0c;其中规定了在欧盟地区销售的所有手机或其他便携式中小型电子设备必须采用统一的USB Type-C接口。这项决定意味着未来将会有更多的产品强制性地使用TYPE-C充电接口。 在这个背景下&#xf…
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