C++ string 类详解：初始化、遍历与常用函数

注意：在使用 string 类时，必须包含头文件 #include <string>。

一、string 的初始化与遍历

1. string 的初始化

string 支持多种初始化方式，这里介绍常用的三种，同时 string 也支持 cin 输入与 cout 输出。

1.1 默认初始化（创建一个空字符串 ""）

语法形式： string s1;

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1;
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

运行结果：

1.2 直接构造（显式调用构造函数）

语法形式： string(const char* s);

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("Hello world");
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

运行结果：

1.3 拷贝构造（利用已有的 string 对象创建一个副本）

语法形式： string(const string& str);

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1;
    cin >> s1;
    string s2(s1);
    cout << s2 << endl;
    return 0;
}

运行结果：

2. string 的遍历

2.1 下标访问

2.1.1 size() 函数与 length() 函数

基本用法： size() 与 length() 都返回字符串中字符的个数（即字节数，不包括末尾隐藏的 \0）。

语法形式： size_t size() const; size_t length() const;

区别： length() 在 C++ 早期是作为独立的字符串处理工具设计的，而 size() 是后来 C++ 引入了 STL（标准模板库），规定所有的容器都必须提供一个统一的接口来获取元素个数。为了让 string 也能融入这个体系，使其像一个容器一样工作，就增加了 size()，推荐使用 size()。

使用：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.length() << endl;
    return 0;
}

运行结果：

2.1.2 operator[]

其实 string 在底层是一个类，因此重载了 []，以便我们读取/修改 string 中的字符。

语法形式： char& operator[](size_t pos); const char& operator[](size_t pos) const;

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
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;
}

运行结果：

如果访问的下标超过了元素个数，会发生什么？编译器可能会报错或读取一个垃圾字符。

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    cout << s1[1000] << endl;
    return 0;
}

运行结果：

2.1.3 下标遍历

示例：

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

运行结果：

2.2 范围 for 循环遍历

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    for (auto e : s1) {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

运行结果：

2.3 迭代器遍历

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    string::iterator it = s1.begin();
    while (it != s1.end()) {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

运行结果：

二、范围 for 和迭代器

1. 迭代器

解释： 迭代器（iterator）扮演着'中介'的角色，就像一个通用的指针，能够让你以统一的方式访问容器中的元素，而无需关心容器底层到底是怎么实现的。

以上面的例子为例：可以形象理解为遥控器与传送带。

• *it（解引用）：按下按钮，获取当前传送带位置上的物品（字符）。
• ++it（自增）：让传送带指向下一个物品。
• begin()：遥控器指向传送带的第一个位置。
• end()：遥控器指向传送带最后一个物品之后的空白位置。

目前 string 中的 begin() 与 end() 就是迭代器，它们的语法形式为： iterator begin(); const_iterator begin() const; iterator end(); const_iterator end() const; 这是正向打印，还有两个反向打印的，分别为 rbegin() 和 rend()。

语法形式： reverse_iterator rbegin(); const_reverse_iterator rbegin() const; reverse_iterator rend(); const_reverse_iterator rend() const;

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    string::reverse_iterator it = s1.rbegin();
    while (it != s1.rend()) {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

运行结果：

2. 范围 for

2.1 auto 关键字

作用： 让编译器通过初始值自动推导变量的类型，极大简化了冗长的代码，但是也降低了代码的可读性，所以要谨慎使用。

特点：

1. 用 auto 声明指针类型时，用 auto 和 auto* 没有任何区别，但用 auto 声明引用类型时则必须加 &。
2. 当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。
3. auto 不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用。
4. auto 不能直接用来声明数组。

2.2 范围 for

特点：

1. 对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此 C++11 中引入了基于范围的 for 循环。
2. for 循环后的括号由冒号':'分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束。
3. 范围 for 可以作用到数组和容器对象上进行遍历。范围 for 的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到。

我们可以将其看作是对迭代的范围的复制，所以就无法改变遍历变量的值。

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    for (auto e : s1) {
        e = 'm';
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

运行结果：

可以看出 s1 的结果并没有改变，此时我们可以使用 &。

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    for (auto &e : s1) {
        e = 'm';
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

运行结果：

三、有关 string 容量的函数

其实 string 的底层是由指针（指向存放字符的内存地址）、大小（Size）：记录当前有效字符的数量、容量（Capacity）：记录当前分配的总空间大小、内部缓冲区（Local Buffer）：用于存放短字符串的固定大小数组这几个内部成员组成。

1. capacity

**容量（Capacity）**就是记录当前分配的总空间大小，这个容量不一定等于 size，它可以相等或更大，额外的空间允许对象在字符串中添加新字符。

容量的大小是会变化的，举一个例子：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
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';
        }
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

运行结果：

可以看出容量的变化并不是按照 2 倍的扩容变化的，而是以下的规则： 在 VS 中，默认会为对象开辟一个 16 字节的内部缓冲区（其中 1 字节用于存放末尾的 \0），只要字符串长度小于 15，数据就直接存在栈上的对象内部，不涉及堆内存分配，当字符串长度超过 16 后，是先扩大两倍后，再扩 1.5 倍。 然而在 DevC++ 中按照 2 倍扩大的。

1.1 reserve

如果我们想要提前扩容，或者已知需要的空间，就可以用这个函数。

语法形式： void reserve(size_t n = 0);

规则： 如果 n 大于当前字符串容量，函数会使容器的增加到 n 个字符（或更大），在其他所有情况下，将字符串容量的缩小视为非约束，实现可以自由优化其他方式，使字符串容量大于 n。该函数不影响字符串长度，也无法改变其内容。

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.reserve(100);
    cout << s1.capacity() << endl;
    cout << endl;
    return 0;
}

运行结果：

2. 其它的容量函数

2.1 clear

作用： 擦除字符串的内容，字符串变成空字符串（长度为 0 字符）。

语法形式： void clear();

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.clear();
    cout << s1.size() << endl;
    cout << endl;
    return 0;
}

控制台输出：

2.2 empty

作用： 测试字符串是否空。

语法形式： bool empty() const;

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    s1.clear();
    if (s1.empty()) {
        cout << "字符串为空" << endl;
    }
    return 0;
}

运行结果：

四、常用的成员函数

1. operator+=

string 支持在字符串末尾相加。

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    cout << s1 << endl;
    s1 += " Hello kong";
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

2. push_back

作用： 在字符串末尾附加字符 c。

语法形式： void push_back(char c);

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    cout << s1 << endl;
    s1.push_back(' ');
    s1.push_back('m');
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

3. append

语法形式：

1. string& append(const string& str); 作用： 添加一串字符串。 示例：

   #include <iostream>
   #include <string>
   using namespace std;
   int main() {
       string s1("HelloWorld");
       cout << s1 << endl;
       s1.append("geerghre");
       cout << s1 << endl;
       return 0;
   }
   

2. string& append(const string& str, size_t subpos, size_t sublen); 作用： 从字符位置 subpos 开始并跨越 sublen 字符添加一串字符串。 示例：

   #include <iostream>
   #include <string>
   using namespace std;
   int main() {
       string s1 = "I love ";
       string s2 = "C++ Programming";
       // 参数解释：
       // s2: 源字符串
       // 4: 从索引 4 开始（即第 5 个字符 'P'）
       // 7: 截取 7 个字符（即 "Program"）
       s1.append(s2, 4, 7);
       cout << s1 << endl; // 输出：I love Program
       return 0;
   }
   

4. substr

作用： 生成子串。

语法形式： string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const;

说明： 返回一个新构建的对象，其值初始化为该对象子字符串的副本，子串是对象中从字符 pos 位置开始并跨越字符 len（或直到字符串末尾，以先到者为准）的部分。

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1("HelloWorld");
    string s2;
    s2 = s1.substr(5);
    cout << s2 << endl;
    return 0;
}

运行结果：

5. find 与 replace

5.1 find

作用： 搜索字符串中参数指定的序列的首次出现，当指定了 pos 时，搜索只包括位置 pos 及其后字符，忽略任何可能包含 pos 之前字符的情况，如果没有就返回 npos。

语法形式： size_t find(const string& str, size_t pos = 0) const;

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
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;
}

5.2 replace

作用： 用新内容替换字符串中从字符 pos 开始并跨成 len 字符的部分。

语法形式： string& replace(size_t pos, size_t len, const string& str);

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
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;
}

运行结果：

6. getline

作用： 可用于处理含有空格的字符串。

语法形式： istream& getline(istream& is, string& str);

示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    string s1, s2;
    cout << "请输入 s1 的字符串:";
    cin >> s1;
    cout << "s1 的字符串为:";
    cout << s1 << endl << endl;
    cout << "请输入 s2 的字符串:";
    getline(cin, s2);
    cout << "s2 的字符串为:";
    cout << s2 << endl;
    return 0;
}

运行结果：