C++ string 类详解：初始化、遍历与常用成员函数

2.1 下标访问

size() 与 length() 两者都返回字符串中字符的个数（字节数，不包括末尾隐藏的 \0）。早期 length() 是独立工具设计的，后来为了融入 STL 容器体系增加了 size()。推荐使用 size()。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.length() << endl;
    return 0;
}

operator[] string 重载了 [] 运算符以便读取或修改字符。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    cout << s1[5] << endl;   // 访问下标为 5 的元素
    s1[6] = 'M';            // 修改下标为 6 的元素
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

注意： 如果访问的下标超过了元素个数，编译器可能报错，或者读取到垃圾字符（未定义行为）。不同编译器表现可能不同，但都不应依赖此行为。

下标遍历示例：

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    for (int i = 0; i < s1.size(); i++) {
        cout << s1[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

2.2 范围 for 循环

C++11 引入的范围 for 循环简化了遍历代码。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    for (auto e : s1) {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

关键点： 默认情况下，for(auto e : s1) 中的 e 是副本，修改它不会改变原字符串。如果需要修改，必须使用引用 auto &e。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    for (auto &e : s1) {
        e = 'm';
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << s1 << endl; // 此时 s1 已改变
    return 0;
}

2.3 迭代器遍历

迭代器就像通用指针，统一访问容器元素的方式。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    string::iterator it = s1.begin();
    while (it != s1.end()) {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

反向迭代器 rbegin() 和 rend() 可用于从后向前遍历。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    string::reverse_iterator it = s1.rbegin();
    while (it != s1.rend()) {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

二、容量管理

string 底层由指针、大小（Size）、容量（Capacity）和内部缓冲区组成。

• Size：当前有效字符数量。
• Capacity：当前分配的总空间大小。

容量不一定等于 Size，它可以更大，预留的空间允许对象在添加新字符时避免频繁重新分配内存。

1. capacity 与 reserve

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    size_t sz = s1.capacity();
    cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
    cout << "making s grow:\n";
    for (int i = 0; i < 100; ++i) {
        s1.push_back('c');
        if (sz != s1.capacity()) {
            sz = s1.capacity();
            cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
        }
    }
    return 0;
}

扩容策略因实现而异（如 VS 默认先开 16 字节栈上缓冲，超出后动态增长），通常遵循几何级数增长以减少分配次数。

reserve 可提前预留空间，不影响长度。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.reserve(100);
    cout << s1.capacity() << endl;
    return 0;
}

2. 其他容量相关函数

clear：擦除内容，长度变为 0。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.clear();
    cout << s1.size() << endl;
    return 0;
}

empty：测试是否为空。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.clear();
    if (s1.empty()) {
        cout << "字符串为空" << endl;
    }
    return 0;
}

三、常用成员函数

1. operator+=

支持在字符串末尾追加。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    cout << s1 << endl;
    s1 += " Hello kong";
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

2. push_back

在末尾附加单个字符。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.push_back(' ');
    s1.push_back('m');
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

3. append

添加字符串片段。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.append("geerghre");
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

带偏移量的版本可从源串截取部分追加。

int main() {
    string s1 = "I love ";
    string s2 = "C++ Programming";
    s1.append(s2, 4, 7); // 从索引 4 开始取 7 个字符
    cout << s1 << endl;  // 输出：I love Program
    return 0;
}

4. substr

生成子串。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    string s2 = s1.substr(5);
    cout << s2 << endl;
    return 0;
}

5. find 与 replace

find：搜索首次出现位置，未找到返回 npos。

int main() {
    string s1("HelloWorld");
    size_t pos = s1.find('#');
    if (pos == string::npos) {
        cout << "没有这个字符串" << endl;
    }
    return 0;
}

replace：替换指定范围的字符。

int main() {
    string s1("Hello.Worl.dtdjd.dhsdjt");
    size_t pos = s1.find('.');
    while (pos != string::npos) {
        s1.replace(pos, 1, "##");
        pos = s1.find('.', pos + 2);
    }
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

6. getline

处理含空格的整行输入。

int main() {
    string s1, s2;
    cout << "请输入 s1:";
    cin >> s1;
    cout << "s1: " << s1 << endl;
    
    cout << "请输入 s2:";
    getline(cin, s2);
    cout << "s2: " << s2 << endl;
    return 0;
}

提示：getline 前若混用 cin >>，需注意缓冲区残留换行符的影响。