C++ 字符串操作实战：std::string 的常用接口、迭代器与内存管理

const_iterator 用来只读遍历，比如写打印函数时防止修改：

void print(const string& s) {
    for (auto it = s.cbegin(); it != s.cend(); ++it)
        cout << *it;
}

auto 和范围 for 的一点说明

C++11 的 auto 让类型推导省去不少敲击。不过注意：auto 在引用推导时会丢掉引用性，想保留引用必须写 auto&。例如：

int i = 10;
int& r = i;
auto x = r;   // x 是 int，不是引用
auto& y = r;  // y 是 int&

范围 for 底层就是迭代器的封装，对数组和容器都能用，也被戏称'语法糖'。

容量管理：size、capacity、reserve、resize

size() 和 length() 返回有效字符数，实现一样，习惯用 size()。

capacity() 告诉你当前分配了多少空间，reserve(n) 提前预留，免去反复扩容的开销。当你大致知道字符串会增长到多大时，先 reserve 一下能提高性能。

string s;
s.reserve(100);
for (int i = 0; i < 100; ++i)
    s.push_back('x');   // 不会触发多次重新分配

resize(n, char c) 改变有效字符个数：如果 n 比 size() 大，多出来的用字符 c 填充（不指定时默认填 '\0'）；如果 n 比 size() 小，直接截断。

clear() 清空字符内容，但 capacity() 不变。想缩容可以调 shrink_to_fit()，但不保证一定释放内存，取决于实现。

修改操作：增删改查

尾部追加字符常见的有 push_back、append 和 operator+=。其中 += 用得最普遍，因为既能加单字符也能加字符串。

string s("hello");
s += ' ';
s += "world";

insert 可以在指定位置插入字符或字符串，erase 删除字符。配合迭代器或下标都可操作。

s.insert(0, "start ");   // 在下标 0 前插入
s.erase(0, 3);           // 删掉前三个字符

查找用 find(char c)，返回位置，没找到返回 string::npos。rfind 反向查找，substr(pos, len) 截取子串。

size_t pos = s.find(' ');
if (pos != string::npos) {
    string sub = s.substr(0, pos);  // 截取空格前部分
}

replace 的坑

replace 接口看起来强大，但用起来容易写出低效代码。比如把字符串里所有空格替换成 %%%：

// 低效示范：每次 replace 都可能引发数据挪动
string s("hello world");
size_t pos = s.find(' ');
while (pos != string::npos) {
    s.replace(pos, 1, "%%%");
    pos = s.find(' ', pos + 3);  // 注意偏移量
}

数据量一大，反复调整字符串长度会很慢。更好的做法是先 reserve 一个大差不差的容量，然后扫描原串，碰到空格就追加三个 %，否则追加原字符，最后再交换或赋值。

string s("hello world hello friend");
string result;
result.reserve(s.size() * 2);   // 预留足够空间
for (char ch : s) {
    if (ch == ' ')
        result += "%%%";
    else
        result += ch;
}
cout << result;

这样只做了 linear 的复制，避免了多次 replace 的 overhead。

其他有用操作

c_str() 返回 C 风格字符串指针，用于跟需要 const char* 的旧 API 对接。

getline(cin, str) 读取一行，遇到换行停止。还可以指定终止符：getline(cin, str, '#') 遇到 # 就停。

比较运算符（<、>、== 等）被重载，可以直接用，按字典序比较。

operator+ 虽然能用，但它按值返回，会触发一次深拷贝，频繁拼接时尽量用 += 或 append，再不然就 reserve + append。

完整代码示例

下面是一个混合了很多操作的练习代码，涵盖了大部分上述接口：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <list>
using namespace std;

void Print(const string& s) {
    string::const_iterator it1 = s.begin();
    while (it1 != s.end()) {
        cout << *it1 << " ";
        ++it1;
    }
    cout << endl;

    string::const_reverse_iterator it2 = s.rbegin();
    while (it2 != s.rend()) {
        cout << *it2 << " ";
        ++it2;
    }
    cout << endl;
}

void Test_string2() {
    string s1("hello world");
    cout << s1 << endl;
    s1[0] = 'x';
    cout << s1 << endl;
    cout << s1.size() << endl;

    for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++) {
        s1[i]++;
    }
    cout << s1 << endl;

    string::iterator it1 = s1.begin();
    while (it1 != s1.end()) {
        (*it1)--;
        cout << *it1 << " ";
        ++it1;
    }
    cout << endl;

    list<int> lt;
    lt.push_back(1);
    lt.push_back(2);
    lt.push_back(3);
    list<int>::iterator lit = lt.begin();
    while (lit != lt.end()) {
        cout << *lit << " ";
        ++lit;
    }
    cout << endl;

    Print(s1);

    auto ret1 = find(s1.begin(), s1.end(), 'x');
    if (ret1 != s1.end()) {
        cout << "找到了 x" << endl;
    }

    int i = 0;
    auto j = i;
    auto k = 10;
    auto p1 = &i;
    auto p2 = &i;
    cout << p1 << endl;
    cout << p2 << endl;

    int& r1 = i;
    auto r2 = r1;
    auto& r3 = r1;
    cout << &r2 << endl;
    cout << &r1 << endl;
    cout << &i << endl;
    cout << &r3 << endl;

    for (char ch : s1) {
        cout << ch << ' ';
    }
    cout << endl;

    for (auto e : lt) {
        cout << e << ' ';
    }
    cout << endl;

    for (auto& ch : s1) {
        ch -= 1;
    }
    cout << endl;

    for (const auto& ch : s1) {
        cout << ch << ' ';
    }
    cout << endl;

    int a[10] = { 1,2,3 };
    for (auto e : a) {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

void TestCapacity() {
    string s1;
    s1.reserve(200);
    size_t old = s1.capacity();
    for (size_t i = 0; i < 200; i++) {
        s1.push_back('x');
        if (s1.capacity() != old) {
            cout << s1.capacity() << endl;
            old = s1.capacity();
        }
    }
    cout << endl << endl;
}

void test_string3() {
    string s1("hello world");
    cout << s1.max_size() << endl;
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.capacity() << endl;

    s1.clear();
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.capacity() << endl << endl;

    TestCapacity();

    string s2("hello world");
    cout << s2.size() << endl;
    cout << s2.capacity() << endl;
    s2.reserve(5);
    s2.shrink_to_fit();
    cout << s2.size() << endl;
    cout << s2.capacity() << endl;

    string s3("hello world");
    cout << s3 << endl;
    s3.resize(5);
    cout << s3 << endl;
    s3.resize(10, 'x');
    cout << s3 << endl;
    s3.resize(20, 'y');
    cout << s3 << endl;
}

void Test_string4() {
    string s1("hello world");
    s1.push_back('%');
    s1.append("hello friend");
    cout << s1 << endl;
    s1.append(10, '#');
    cout << s1 << endl;

    string s2("pear hello!");
    s1.append(++s2.begin(), --s2.end());
    cout << s1 << endl;

    string s3("hello world");
    s3 += ' ';
    s3 += "hello world";
    cout << s3 << endl;
    cout << s3 + "xxxxx" << endl;
    cout << "xxxxx" + s3 << endl;

    s3.assign("yyyy");
    cout << s3 << endl;
}

void Test_string5() {
    string s1("hello world");
    s1.insert(0, "xxxxx");
    cout << s1 << endl;
    s1.insert(0, 1, '#');
    cout << s1 << endl;
    s1.insert(5, 1, '#');
    cout << s1 << endl;
    s1.insert(s1.begin(), '$');
    cout << s1 << endl;

    string s2("hello world");
    s2.erase(s2.begin());
    cout << s2 << endl;
    s2.erase(0, 1);
    cout << s2 << endl;
    s2.erase(5, 2);
    cout << s2 << endl;
    s2.erase(5);
    cout << s2 << endl << endl;

    string s3("hello world");
    s3.replace(5, 1, "%%%%" );
    cout << s3 << endl;
    s3.replace(5, 3, "*");
    cout << s3 << endl;

    string s4("hello world hello friend");
    cout << s4 << endl;
    size_t pos = s4.find(' ');
    while (pos != string::npos) {
        s4.replace(pos, 1, "%%%" );
        pos = s4.find(' ', pos + 2);
    }
    cout << s4 << endl;

    string s5("hello world hello friend");
    string s6;
    s6.reserve(s5.size());
    for (auto ch : s5) {
        if (ch != ' ') {
            s6 += ch;
        } else {
            s6 += "%%%%";
        }
    }
    cout << s6 << endl;
}

int main() {
    string str;
    cin >> str;
    getline(cin, str);
    getline(cin, str, '#');
    size_t pos = str.rfind(' ');
    if (pos != str.size()) {
        cout << str.size() - (pos + 1) << endl;
    } else {
        cout << str.size() << endl;
    }
    return 0;
}

小结

字符串处理是搬砖日常，用好 std::string 能少写很多防御代码。重点无非是：构造、遍历、容量预分配、修改操作。记住 reserve 减少内存重分配，多用 += 代替 +，替换操作时避免原地重复 replace。剩下的查文档就行。