C++之STL--string的使用
深入探索 C++ STL 中的 std::string
在 C++ 編程中，字符串處理是一個常見的任務(wù)，而 C++ 標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL）中的 std::string 類為我們提供了強(qiáng)大的功能來簡化這一過程。
一、std::string 的基本概念
std::string 是 C++ STL 中的一個類，用于表示和操作字符串。它屬于 <string> 頭文件，是基于模板的 std::basic_string 類的一個特化版本，專門用于處理字符類型為 char 的字符串。與傳統(tǒng)的 C 風(fēng)格字符串（以空字符結(jié)束的字符數(shù)組）相比，std::string 提供了更高的安全性和更豐富的功能。
1. 內(nèi)存管理
std::string 內(nèi)部會動態(tài)管理內(nèi)存，這意味著你不需要手動分配和釋放內(nèi)存。
當(dāng)你對字符串進(jìn)行修改時，std::string 會自動調(diào)整內(nèi)存大小以適應(yīng)新的內(nèi)容。
- 例如：
std::string str = "Hello"; str += ", World!"; // 內(nèi)部自動調(diào)整內(nèi)存大小
2. 安全性
std::string 不會像 C 風(fēng)格字符串那樣容易出現(xiàn)越界訪問或內(nèi)存泄漏的問題。
它提供了邊界檢查和異常處理機(jī)制，確保字符串操作的安全性。
二、std::string 的構(gòu)造與初始化
std::string 提供了多種構(gòu)造方式，可以根據(jù)不同的需求選擇合適的構(gòu)造函數(shù)。
1. 默認(rèn)構(gòu)造
std::string str; // 創(chuàng)建一個空字符串
2. 從 C 風(fēng)格字符串構(gòu)造
const char* c_str = "Hello"; std::string str(c_str); // 使用 C 風(fēng)格字符串初始化
3. 從字符串的一部分構(gòu)造
std::string str1 = "Hello World"; std::string str2(str1, 6, 5); // 從 str1 的第 6 個字符開始，取 5 個字符 // str2 的內(nèi)容為 "World"
4. 使用重復(fù)字符構(gòu)造
std::string str(5, 'a'); // 創(chuàng)建一個包含 5 個 'a' 的字符串 // str 的內(nèi)容為 "aaaaa"
三、std::string 的常用操作
1. 字符串拼接
std::string 提供了多種方式來拼接字符串，包括使用 + 運算符和 += 運算符。
std::string str1 = "Hello"; std::string str2 = "World"; std::string str3 = str1 + ", " + str2 + "!"; // 使用 + 拼接 str1 += " "; // 使用 += 拼接 str1 += str2; // str1 的內(nèi)容為 "Hello World"
2. 字符串比較
std::string 支持使用比較運算符（如 ==、!=、<、> 等）來比較字符串內(nèi)容。
std::string str1 = "apple";
std::string str2 = "banana";
if (str1 < str2) {
std::cout << "apple is less than banana" << std::endl;
}3. 字符串查找
std::string 提供了 find 方法，用于查找子字符串的位置。
std::string str = "Hello World";
size_t pos = str.find("World");
if (pos != std::string::npos) {
std::cout << "Found 'World' at position " << pos << std::endl;
}4. 字符串替換
std::string 的 replace 方法可以用來替換字符串中的部分內(nèi)容。
std::string str = "Hello World"; str.replace(6, 5, "Universe"); // str 的內(nèi)容變?yōu)?"Hello Universe"
5. 字符串分割
雖然 std::string 沒有直接提供分割字符串的方法，但可以通過循環(huán)和 find 方法實現(xiàn)。
std::string str = "apple,banana,orange";
std::string delimiter = ",";
size_t pos = 0;
std::string token;
while ((pos = str.find(delimiter)) != std::string::npos) {
token = str.substr(0, pos);
std::cout << token << std::endl;
str.erase(0, pos + delimiter.length());
}
std::cout << str << std::endl; // 輸出最后一個子字符串6. 字符串大小和容量
std::string 提供了 size 和 capacity 方法來獲取字符串的長度和當(dāng)前分配的內(nèi)存容量。
std::string str = "Hello"; std::cout << "Size: " << str.size() << std::endl; // 輸出 5 std::cout << "Capacity: " << str.capacity() << std::endl; // 輸出實際分配的容量
7. 字符訪問
可以通過下標(biāo)運算符 [] 或 at 方法訪問字符串中的字符。
std::string str = "Hello"; char c = str[0]; // 使用下標(biāo)訪問 char d = str.at(1); // 使用 at 方法訪問
四.string類對象的訪問及遍歷操作
std::string的容量相關(guān)概念
在深入了解容量操作之前，我們需要明確幾個與std::string容量相關(guān)的重要概念：
1. size（或length）
size函數(shù)返回字符串中實際存儲的字符數(shù)量，不包括末尾的空字符'\0'。length函數(shù)與size功能完全相同，只是名字不同。
std::string str = "Hello, World!"; std::cout << "Size: " << str.size() << std::endl; // 輸出：Size: 13
2. capacity
capacity函數(shù)返回字符串當(dāng)前分配的內(nèi)存容量，單位是字符數(shù)。
capacity通常大于或等于size，因為std::string會預(yù)留一些額外的內(nèi)存，以便在字符串?dāng)U展時減少內(nèi)存分配的次數(shù)。
std::string str = "Hello, World!"; std::cout << "Capacity: " << str.capacity() << std::endl; // 輸出：Capacity: 15（具體值可能因?qū)崿F(xiàn)而異）
3. max_size
max_size函數(shù)返回std::string能夠存儲的最大字符數(shù)。
這個值通常取決于系統(tǒng)的內(nèi)存限制和std::string的實現(xiàn)。
std::string str; std::cout << "Max size: " << str.max_size() << std::endl; // 輸出：Max size: 18446744073709551615（64位系統(tǒng)）
reserve：預(yù)留內(nèi)存
reserve函數(shù)用于顯式地為std::string預(yù)留一定量的內(nèi)存。這可以減少在字符串頻繁擴(kuò)展時的內(nèi)存分配次數(shù)，從而提高性能。
使用場景
當(dāng)你知道字符串將要存儲大量字符時，可以使用reserve預(yù)先分配足夠的內(nèi)存。
例如，當(dāng)你從文件中讀取大量文本并拼接到字符串中時，reserve可以顯著提高效率。
示例代碼
std::string str;
str.reserve(1000); // 預(yù)留1000個字符的內(nèi)存
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
str += 'a';
}
std::cout << "Size: " << str.size() << std::endl; // 輸出：Size: 1000
std::cout << "Capacity: " << str.capacity() << std::endl; // 輸出：Capacity: 1000注意事項
reserve不會改變字符串的內(nèi)容，只是改變其容量。- 如果
reserve的參數(shù)小于當(dāng)前capacity，std::string的容量不會減少。 reserve是一個非強(qiáng)制性操作，具體行為可能因標(biāo)準(zhǔn)庫的實現(xiàn)而異。
shrink_to_fit：收縮內(nèi)存
shrink_to_fit函數(shù)用于收縮std::string的容量，使其盡可能接近實際的size。
這可以減少不必要的內(nèi)存占用，但需要注意的是，shrink_to_fit是一個非強(qiáng)制性操作，具體行為可能因標(biāo)準(zhǔn)庫的實現(xiàn)而異。
使用場景
當(dāng)你完成了一個字符串的頻繁修改操作后，可以使用shrink_to_fit來釋放多余的內(nèi)存。
例如，在字符串拼接完成后，調(diào)用shrink_to_fit可以優(yōu)化內(nèi)存使用。
示例代碼
std::string str = "Hello"; str += "World"; str.shrink_to_fit(); std::cout << "Size: " << str.size() << std::endl; // 輸出：Size: 10 std::cout << "Capacity: " << str.capacity() << std::endl; // 輸出：Capacity: 10（具體值可能因?qū)崿F(xiàn)而異）
注意事項
shrink_to_fit不會改變字符串的內(nèi)容，只是嘗試減少其容量。shrink_to_fit是一個非強(qiáng)制性操作，可能不會立即生效。
resize：調(diào)整字符串大小
resize函數(shù)用于調(diào)整字符串的大小。如果新的大小大于當(dāng)前size，則會用指定的字符填充新分配的部分；如果新的大小小于當(dāng)前size，則會截斷字符串。
示例代碼
std::string str = "Hello, World!"; str.resize(5); // 截斷字符串 std::cout << "Resized string: " << str << std::endl; // 輸出：Hello str.resize(10, 'x'); // 擴(kuò)展字符串并用'x'填充 std::cout << "Resized string: " << str << std::endl; // 輸出：Helloxxxxx
注意事項
resize會改變字符串的內(nèi)容，而reserve和shrink_to_fit不會。resize的第二個參數(shù)是可選的，默認(rèn)填充字符為空字符'\0'。
容量操作的性能優(yōu)化
合理使用std::string的容量操作可以顯著提高程序的性能。
以下是一些優(yōu)化建議：
1. 預(yù)留足夠的內(nèi)存
如果你知道字符串將要存儲大量字符，使用reserve預(yù)先分配足夠的內(nèi)存可以減少內(nèi)存分配的次數(shù)。
2. 及時收縮內(nèi)存
在完成字符串的頻繁修改操作后，使用shrink_to_fit可以釋放多余的內(nèi)存，優(yōu)化內(nèi)存使用。
3. 避免不必要的拷貝
std::string的拷貝構(gòu)造和賦值操作可能會導(dǎo)致不必要的內(nèi)存分配和拷貝。如果可能，盡量使用引用或std::move來避免拷貝。
五.string類對象的修改操作
std::string的修改操作概述
std::string提供了多種方法來修改字符串的內(nèi)容，包括插入、刪除、替換、直接修改字符等。
這些操作使得字符串的編輯變得非常靈活，同時也避免了C語言中直接操作字符數(shù)組時可能出現(xiàn)的內(nèi)存錯誤。
直接修改字符
std::string支持通過下標(biāo)操作符[]或at函數(shù)直接修改字符串中的字符。
這兩種方式的主要區(qū)別在于，[]操作符不進(jìn)行邊界檢查，而at函數(shù)會進(jìn)行邊界檢查并拋出異常。
示例代碼
std::string str = "Hello, World!"; str[0] = 'h'; // 將第一個字符修改為小寫的'h' str.at(7) = 'w'; // 將第8個字符（索引為7）修改為小寫的'w' std::cout << str << std::endl; // 輸出：hello, world!
注意事項
- 使用
[]操作符時，如果索引超出字符串范圍，行為是未定義的。 - 使用
at函數(shù)時，如果索引超出范圍，會拋出std::out_of_range異常。
插入操作
std::string提供了多種插入操作，允許你在字符串的任意位置插入字符、字符串或字符數(shù)組。
1. 插入單個字符
std::string str = "Hello, World!"; str.insert(5, "X"); // 在索引5的位置插入字符'X' std::cout << str << std::endl; // 輸出：HelloX, World!
2. 插入字符串
std::string str = "Hello, World!"; str.insert(7, "C++"); // 在索引7的位置插入字符串"C++" std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello, C++World!
3. 插入字符數(shù)組
std::string str = "Hello, World!"; char arr[] = "Python"; str.insert(7, arr); // 在索引7的位置插入字符數(shù)組"Python" std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello, PythonWorld!
注意事項
- 插入操作會改變字符串的
size和capacity。 - 如果插入位置超出字符串范圍，行為是未定義的。
刪除操作
std::string提供了erase函數(shù)，用于刪除字符串中的一部分內(nèi)容。
示例代碼
std::string str = "Hello, World!"; str.erase(7, 5); // 從索引7開始刪除5個字符 std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello, !
參數(shù)說明
- 第一個參數(shù)是刪除的起始位置（索引）。
- 第二個參數(shù)是刪除的字符數(shù)。
注意事項
- 如果刪除的起始位置超出字符串范圍，行為是未定義的。
- 刪除操作會改變字符串的
size，但不會改變capacity。
替換操作
std::string提供了replace函數(shù)，用于替換字符串中的一部分內(nèi)容。
示例代碼
std::string str = "Hello, World!"; str.replace(7, 5, "C++"); // 從索引7開始，替換5個字符為"C++" std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello, C++!
參數(shù)說明
- 第一個參數(shù)是替換的起始位置（索引）。
- 第二個參數(shù)是替換的字符數(shù)。
- 第三個參數(shù)是新的內(nèi)容。
注意事項
- 替換操作會改變字符串的
size，但不會改變capacity。 - 如果替換的起始位置超出字符串范圍，行為是未定義的。
追加操作
std::string提供了多種追加操作，允許你在字符串的末尾添加字符、字符串或字符數(shù)組。
1. 追加單個字符
std::string str = "Hello";
str.push_back(' '); // 追加一個空格
str += 'W'; // 追加字符'W'
std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello W2. 追加字符串
std::string str = "Hello "; str += "World"; // 追加字符串"World" std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello World
3. 追加字符數(shù)組
std::string str = "Hello "; char arr[] = "C++"; str.append(arr); // 追加字符數(shù)組"C++" std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello C++
注意事項
- 追加操作會改變字符串的
size，但不會改變capacity。 - 如果
capacity不足，std::string會自動分配更大的內(nèi)存。
清空字符串
std::string提供了clear函數(shù)，用于清空字符串的內(nèi)容，但不會釋放內(nèi)存。
示例代碼
std::string str = "Hello, World!"; str.clear(); std::cout << "Size: " << str.size() << std::endl; // 輸出：Size: 0 std::cout << "Capacity: " << str.capacity() << std::endl; // 輸出：Capacity: 15（具體值可能因?qū)崿F(xiàn)而異）
注意事項
clear函數(shù)只會清空字符串的內(nèi)容，不會釋放內(nèi)存。- 如果需要釋放內(nèi)存，可以結(jié)合
shrink_to_fit使用。
使用std::stringstream進(jìn)行復(fù)雜修改
對于復(fù)雜的字符串修改操作，可以使用std::stringstream。
std::stringstream是一個非常靈活的工具，可以方便地進(jìn)行字符串的拼接、格式化和提取。
示例代碼
#include <sstream> std::string str = "Hello, World!"; std::stringstream ss(str); std::string word; ss >> word; // 提取第一個單詞 ss << "C++"; // 替換為"C++" ss >> word; // 提取第二個單詞 ss << "Programming"; // 替換為"Programming" str = ss.str(); // 將修改后的內(nèi)容賦值回str std::cout << str << std::endl; // 輸出：Hello, C++Programming
六.string類非成員函數(shù)
什么是std::string的非成員函數(shù)？
std::string的非成員函數(shù)是指那些不屬于std::string類的成員函數(shù)，但專門用于操作std::string對象的函數(shù)。
這些函數(shù)通常定義在<string>頭文件中，或者通過標(biāo)準(zhǔn)庫的其他部分提供。
非成員函數(shù)的優(yōu)勢在于它們可以提供更通用的操作方式，同時避免了對std::string類本身的過度擴(kuò)展。
常見的std::string非成員函數(shù)
1. std::swap
std::swap用于交換兩個std::string對象的內(nèi)容。
它是一個非成員函數(shù)，可以高效地交換兩個字符串的內(nèi)容，而不需要逐個字符復(fù)制。
示例代碼
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm> // 包含std::swap
int main() {
std::string str1 = "Hello";
std::string str2 = "World";
std::swap(str1, str2);
std::cout << "str1: " << str1 << std::endl; // 輸出：str1: World
std::cout << "str2: " << str2 << std::endl; // 輸出：str2: Hello
}2. std::to_string
std::to_string是一個非常有用的非成員函數(shù)，用于將數(shù)值類型（如int、float、double等）轉(zhuǎn)換為std::string。
它提供了一種簡單且類型安全的方式來實現(xiàn)數(shù)值與字符串之間的轉(zhuǎn)換。
示例代碼
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
int num = 42;
double pi = 3.14159;
std::string numStr = std::to_string(num);
std::string piStr = std::to_string(pi);
std::cout << "Number as string: " << numStr << std::endl; // 輸出：Number as string: 42
std::cout << "Pi as string: " << piStr << std::endl; // 輸出：Pi as string: 3.141590
}3. std::stoi、std::stod、std::stof等
這些函數(shù)用于將std::string對象轉(zhuǎn)換為數(shù)值類型。
std::stoi將字符串轉(zhuǎn)換為int，std::stod將字符串轉(zhuǎn)換為double，std::stof將字符串轉(zhuǎn)換為float等。
這些函數(shù)提供了一種簡單且安全的方式來解析字符串中的數(shù)值。
示例代碼
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string numStr = "42";
std::string piStr = "3.14159";
int num = std::stoi(numStr);
double pi = std::stod(piStr);
std::cout << "Number from string: " << num << std::endl; // 輸出：Number from string: 42
std::cout << "Pi from string: " << pi << std::endl; // 輸出：Pi from string: 3.14159
}4. std::getline
std::getline是一個非成員函數(shù)，用于從輸入流（如std::cin或std::ifstream）中讀取一行內(nèi)容并存儲到std::string對象中。它支持按分隔符讀取，例如按逗號、空格等分隔。
示例代碼
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
int main() {
std::string line = "Hello, World!";
std::istringstream ss(line);
std::string word;
while (std::getline(ss, word, ',')) {
std::cout << word << std::endl; // 輸出：Hello 和 World!
}
}5. std::operator<< 和 std::operator>>
這些操作符重載允許你直接使用std::cin和std::cout來輸入和輸出std::string對象。
它們是C++標(biāo)準(zhǔn)庫提供的非成員函數(shù)，使得字符串的輸入輸出變得非常方便。
示例代碼
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str;
std::cout << "Enter a string: ";
std::cin >> str;
std::cout << "You entered: " << str << std::endl;
}6. std::operator+ 和 std::operator+=
雖然這些操作符是std::string的成員函數(shù)，但它們也可以作為非成員函數(shù)使用。
std::operator+用于拼接兩個字符串，而std::operator+=用于將一個字符串追加到另一個字符串的末尾。
這些操作符使得字符串拼接變得非常直觀。
示例代碼
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str1 = "Hello";
std::string str2 = "World";
std::string result = str1 + " " + str2; // 使用std::operator+
str1 += " "; // 使用std::operator+=
str1 += str2;
std::cout << "Result: " << result << std::endl; // 輸出：Result: Hello World
std::cout << "Modified str1: " << str1 << std::endl; // 輸出：Modified str1: Hello World
}7. std::operator==、std::operator!=、std::operator<等
這些操作符重載允許你直接比較兩個std::string對象。它們按照字典序進(jìn)行比較，使得字符串的比較變得非常方便。
示例代碼
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
std::string str1 = "Hello";
std::string str2 = "World";
if (str1 == str2) {
std::cout << "Strings are equal." << std::endl;
} else {
std::cout << "Strings are not equal." << std::endl; // 輸出：Strings are not equal.
}
if (str1 < str2) {
std::cout << "str1 is less than str2." << std::endl; // 輸出：str1 is less than str2.
}
}總結(jié)
std::string 是 C++ STL 中一個非常強(qiáng)大且靈活的工具，它提供了豐富的功能來處理字符串，同時避免了許多傳統(tǒng)字符串操作的常見問題。
通過掌握 std::string 的構(gòu)造、操作、性能優(yōu)化以及高級用法，你可以更高效地編寫字符串處理相關(guān)的代碼。
在實際開發(fā)中，合理使用 std::string 能夠大大提高代碼的可讀性和安全性。
以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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