【c++篇】：探索c++中的std::string类--掌握字符串处理的精髓

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前言

在C++编程的世界里，字符串无处不在。无论是用户输入、文件处理，还是网络通信，字符串都是不可或缺的数据类型。然而，直接操作字符数组（即char字符串）不仅繁琐，而且容易出错。幸运的是，C++标准库为我们提供了std::string类，它封装了字符串的底层细节，提供了丰富的成员函数来简化字符串的处理。本篇文章将深入探讨c++中的std::string类的成员函数，包括字符串的创建，遍历，以及增删查改等，带你领略其强大的功能和便捷的操作方式。

注意：
本篇文章资料来源网站：c++：std::string
文章中出现的蓝色字符是对应函数的网站（重要的函数我会附上网站，部分函数没有，有需要的可以根据上面的这个网站自己查找噢）

一.std::string对象的创建

以下是一些常用的std::string对象的创建

• 默认（无参）构造对象:

  创建一个无参对象，也就是空字符串。

  std::string s1;
  

• 带参构造对象:

  创建一个非空字符串。

  std::string s2("hello world");
  //打印结果：hello world
  

• 用指定数量的字符构造对象:

  std::string s3(5,'*');
  //打印结果：*****
  

• 用另一个std::string对象构造:

  相当于对std::string对象拷贝构造

  std::string s2("hello world");
  std::string s3(s2);
  //打印结果：hello world
  

• 用子字符串构造:

  从已存在的对象指定位置开始拷贝

  std::string s2("hello world");
  //从s2对象的下标为6开始拷贝，拷贝数量为5
  std::string s4(s2,6,5);
  //打印结果：world
  

二.std::string对象的访问

std::string对象常用的访问方式有下面四种：

其中operator []和at()这两种方式是比较常用的，都是用于访问字符串中特定位置的字符。

• at()： at()方式接受一个索引值作为参数，返回索引值上的字符，如果索引值超过字符串的有限范围，就会抛出一个std::out_of_range异常。

  

  以下面代码为例：

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main()
  {string s1("hello world");try {char ch = s1.at(13);}catch (const out_of_range& e) {cerr << "Caught an out_of_range exception:" << e.what() << '\n';}return 0;
  }
  

  当索引值为13时，超过字符串的有限范围，抛出异常并被捕获处理：

  

• operator[]:该操作符也可以接受一个索引值作为参数，返回该索引值上的字符，但是和at()方式不同的是，operator []在索引值超出字符串的有限范围时，不会抛出异常，可能会导致未定义行为，导致程序的崩溃或产生意外结果。

  

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main(){string s1("hello world");char ch = s1[13];cout << ch << endl;
  }
  

  

总结：at()和operator []两种方式都可以用于访问std::string对象中的字符，但at()提供了更高的安全性，而operator []则提供了更好的性能。选择使用哪个时，需要根据具体的使用场景和对安全，性能的要求来决定。

三.std::string对象的容量

在c++中std::string类提供了多种成员函数来操作和查询字符串的容量和大小等属性，以下是关于所有capacity的成员函数：

下面重点讲解一些常用的函数和使用方式：

• size()/length():返回字符串有效长度（也就是字符串的字符个数），这两个函数是等价的。

using namespace std;
string s1("hello world");
cout << s1.size() << endl;
cout << s1.length() << endl;
//输出结果都为11

• capacity():返回当前分配的存储空间的大小（空间总大小），这个值可能大于或等于size()返回的值。

  using namespace std;
  string s1("hello world");
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.capacity() << endl;
  //输出结果size为11，capacity为15
  

  

• reserve():更改字符串的容量至少为n，该函数不会改变字符串的大小，只是确保有足够的空间来存储至少n个字符。

  using namespace std;
  string s1("hello world");
  cout << "reserve前：" << endl;
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.capacity() << endl;
  s1.reserve(20);
  cout << "reserve后：" << endl;
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.capacity() << endl;
  

  

• resize()：将字符串的大小调整为n，如果n大于当前字符串的大小，则用默认字符（通常为0，如果使用reserve(n,ch)则是字符ch）填充新位置；如果n小于当前字符串的大小，则字符串截断。

  using namespace std;
  string s1("hello world");
  cout << s1 << endl;
  //0填充新位置
  s1.resize(15);
  //字符串截断
  s1.resize(6);
  cout << s1 << endl;
  

  

  

• clear()：清空字符串，使其大小为0。

  using namespace std;
  string s1("hello world");
  s1.clear();
  cout<<s1.size()<<endl;
  //输出结果为0
  

• empty():检查字符串是否为空，如果为空，返回true，如果不为空，则返回false。

  using namespace std;
  string s1("hello world");
  string s2;
  cout << s1.empty() << endl;
  //返回值为true(1)
  cout << s2.empty() << endl;
  //返回值为false(0)
  

四.std::string对象的遍历

当有一个字符串时，我们肯定少不了对该字符串进行遍历。

在c++中，std::string类提供了多种方法进行字符串的遍历，以下是几种常用的遍历方式：

1.使用索引（下标）进行遍历

通过前面的operator []和at()两种方式可以对std::string对象进行遍历：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{string s1("hello world");for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++) {cout << s1[i] << " ";}cout << endl;for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++) {cout << s1.at(i) << " ";}cout << endl;return 0;
}

打印结果如下，两种方式结果相同：

2.使用迭代器进行遍历

在c++中，std::string类提供了迭代器（iterators)，用于遍历字符串，这些迭代器可以像访问数组一样访问字符串中的字符，以下是std::string类关于迭代器(iterators)所有的成员函数：

• begin()和end()：

  begin()返回一个指向第一个字符的迭代器，end()返回一个指向字符串最后一个字符的下一个位置的迭代器（用于普通std::string类对象的从前往后遍历）。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s1("hello world");//iterator是像指针一样的类型（可能是指针，也可能不是），使用时需要加string::string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()) {cout << *it << " ";it++;}cout << endl;return 0;
  }
  

• cbegin()和cend()：

  和begin(),end()功能相同，不同点是cbegin()和cend()用于const std::string类对象的从前往后遍历且不能对该对象进行修改。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {const string s1("hello world");//const_iterator是像指针一样的类型（可能是指针，也可能不是），使用时需要加string::string::const_iterator it = s1.cbegin();while (it != s1.cend()) {cout << *it << " ";it++;}cout << endl;return 0;
  }
  

• rbegin()和rend()：

  rbegin()返回一个指向最后一个字符的反向迭代器，rend()返回一个指向第一个字符的前一个位置的反向迭代器（用于普通std::string类对象的从后往前遍历）。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s1("hello world");//reverse_iterator是像指针一样的类型（可能是指针，也可能不是），使用时需要加string::string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();while (rit != s1.rend()) {cout << *rit << " ";rit++;}cout<<endl;return 0;
  }
  

• crbegin()和crend():

  和rbegin(),rend()功能相同，不同点是crbegin()和crend()用于const std::string类对象的从后往前遍历且不能对该对象进行修改。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {const string s1("hello world");//const_reverst_iterator是像指针一样的类型（可能是指针，也可能不是），使用时需要加string::string::const_reverse_iterator rit = s1.crbegin();while (rit != s1.crend()) {cout << *rit << " ";rit++;}cout << endl;return 0;
  }
  

上面四种遍历方式的结果：

3.使用范围for进行遍历

在c++入门讲解的时候有关于范围for的使用讲解（详细可以看我之前的文章c++入门二）,在对std::string对象进行遍历时同样可以使用范围for，而范围for的底层原理就是上面讲解的迭代器。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main() {string s1("hello world");//auto关键字可以自动推演ch的类型//像上面迭代器使用的类型如：string::iterator 可以直接使用autofor (auto ch : s1) {cout << ch << " ";}cout << endl;return 0;
}

五.std::string对象的增删查改

1.增加

• append():在字符串的末尾追加内容，可以是c风格的字符串，std::string对象，字符数组的子串或者是单个字符。

  string s1("hello");
  s1.append(" ");
  s1.append("world");
  s1.append("!");
  cout << s1 << endl;//输出结果：hello world!
  

• operator+=：和append()功能相似。

  string s1("hello");
  s1 += " ";
  s1 += "world";
  s1 += "!";
  cout << s1 << endl;//输出结果：hello world!
  

• push_back():在字符串的末尾添加单个字符，push_back较为少用，没有operator+=和append()使用起来方便。

  string s2("hello world");
  s2.push_back('!');
  cout << s2 << endl;//输出结果为：hello world!
  

• insert():在字符串的指定位置插入新内容，可以是c风格的字符串，std::string对象，字符数组的子串或者是单个字符。

  string s3("hello");
  s3.insert(5, " world!");
  cout << s3 << endl;//输出结果为:hello world!
  

2.删除

• erase():从字符串中删除指定位置或范围的字符，参数可以是单个位置，一个位置和长度或者两个位置来指定删除范围。

  string s1("hello world");
  s1.erase(8, 10);
  //删除从下标8到10位置的字符
  cout << s1 << endl;
  //输出hello wo
  s1.erase(5);
  //删除下标5之后的字符
  cout << s1 << endl;
  //输出hello
  

• pop_back():删除字符串末尾的字符，该函数不能传参。

  string s2("hello world!");
  //删除最后一个字符'!'
  s2.pop_back();
  cout << s2 << endl;
  //输出hello world
  

3.查找

• fand():在字符串中查找子串或者字符的首次出现位置，参数可以是要查找的子串或字符，以及可选的查找起始位置。未查找到时返回string::npos（下面三个函数同理）。

  注意：string::npos是std::string类中的一个静态成员变量，npos的值通常设置为size_t类型（无符号整形）的最大值，用于表示一个不可能在字符串中出现的位置。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s1("hello world");cout << s1.find("world") << endl;//输出下标位置为6cout << s1.find("zmh") << endl;//找不到，输出size_t类型的最大值return 0;
  }
  

• rfand():查找子串或字符在字符串中最后一次出现的位置，参数和fand()相同。未查找到时返回string::npos。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main(){string s1("hello world");cout << s1.rfind("l") << endl;//查找字符’l'最后一次出现的位置，输出下标位置9cout << s1.find("zmh") << endl;//找不到，输出size_t类型的最大值return 0;
  }
  

• find_first_of():在字符串中查找任何与指定字符集中的字符首次匹配的位置，参数可以是字符集，以及可选的查找起始位置。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s1("hello world");string set("auto");size_t first_pos = s1.find_first_of(set);if (first_pos != string::npos) {cout << first_pos << endl;}else {cout << "No find" << endl;}return 0;
  }//输出结果为4，在s1字符串下标为4的位置首次与字符串set匹配
  

• find_last_of():在字符串中查找任何与指定字符集中的字符最后一次匹配的位置，参数和find_first_of()相同。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s2("hello world");string ret("auto");size_t last_pos = s2.find_last_of(ret);if (last_pos != string::npos) {cout << last_pos << endl;}else {cout << "No find" << endl;}return 0;
  }//输出结果为7，在s1字符串下标为7的位置最后一次与字符串ret匹配
  

4.修改

• assign()：给字符串赋值，可以视为一种修改操作，参数可以是c风格的字符串，std::string对象，字符数组的子串或者是单个字符。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s1;s1.assign("!");cout << s1 << endl;s1.assign("hello");cout << s1 << endl;return 0;
  }//第一次输出结果为！
  //第二次输出结果为hello
  

• replace()：替换字符串中的部分内容，参数包括要替换的起始位置和长度以及替换内容。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s2("hello world");s2.replace(6, 4, "auto");cout << s2 << endl;return 0;
  }
  //从下标为6的位置开始，替换长度为4的auto的字符
  //输出结果为hello autod
  

• substr()：返回一个子串，虽然substr()本身不能进行修改，但可以通过它获得子串并进行修改，然后可能需要将修改后的子串重新赋值给原字符串的一部分。

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s1("hello world");//获取s1字符串下标6到10位置的子串赋值给s2string s2 = s1.substr(6, 10);cout << s2 << endl;return 0;
  }//输出结果为world
  

六.std::string对象的其他函数使用

• operator+：运算符+重载，用于将两个字符串对象连接在一起，并返回一个连接后的字符串，operator+和operator+=的区别是，operator+不改变原字符串，operator+=改变原字符串

  #include<iostream>
  #include<string>
  using namespace std;
  int main() {string s1("hello");string s2(" world");string result = s1 + s2;cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << result << endl;return 0;
  }
  //第一个输出结果为hello
  //第二个输出结果为 world
  //第三个输出结果为hello world
  

• operator<<:流插入运算符<<重载属于标准库std::ostream中的，是一个非成员函数，他接受一个std::ostream的引用和一个std::string的引用作为参数，并将std::string对象中的内容写入到输出流中。这个运算符返回对std::ostream的引用。

• operator>>:流提取运算符>>重载属于标准库std::istream中的,是一个非成员函数，他接受一个std::istream的引用和一个std::string的引用作为参数，并将std::string对象中的内容写入到输入流中。再从输入流中提取数据，返回对std::istream的引用。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main() {string name;cout << "请输入姓名:" << endl;cin >> name;cout << name;return 0;
}

• c_str()：将std::string对象内部存储的字符串数据转换为一个以空字符’\0’为结尾的c格式字符串(const char*)类型。

  string s1("hello\0world");
  cout << s1.c_str() << endl;//输出结果为hello
  //遇到空字符结束
  

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