C++ 中的 string

目次

• 焦点概念
  
• 初始化与构造
  
• 容量与属性
  
• 元素访问与遍历
  
  
  
  • 访问单个字符
    
  • C 风格字符串
    
  • 遍历
    
  
  
• 修改与操纵
  
• 查找与子串
  
• 范例转换
  
  
  
  • 数值转字符串 std::to_string(value)
    
  • 字符串转数值
    
  
  
• 当代化特性
  
  
  
  • C++17：std::string_view
    
  • C++20
    
  
  
• 底层原理
  
  
  
  • SSO（Small String Optimization）
    
  • COW（Copy-On-Write）
    
  
  
• 最佳实践
  
  
  
  • 参数通报
    
  • 性能优化
    
  • 安全性
    
  
  

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std::string 是 C++ Standard Library 提供的标准类之一，这也是 C++ 开辟中最常用的类之一，它本质上是对 C 风格字符串（char*）的封装，提供了自动内存管理和丰富的操纵接口。
焦点概念

std::string 位于  头文件中，本质上是对 std::basic_string 的特化版本。

• 头文件：#include
  
• 定名空间：std
  
• 特点：动态管理内存，自动处置惩罚扩容，兼容 C 风格字符串。
  

初始化与构造

1. #include <string>
2. #include <vector>
4. std::string s1;                     // 默认构造，空字符串 ""
5. std::string s2 = "Hello, World";    // 拷贝初始化
6. std::string s3("Hello, World");     // 直接初始化
7. std::string s4(5, 'A');             // 生成 "AAAAA"
8. std::string s5(s2);                 // 拷贝构造
9. std::string s6(s2, 1, 3);           // 子串构造：从索引 1 开始取 3 个字符 -> "ell"
11. // C++11 及以后
12. std::string s7 = {'H', 'i'};        // 列表初始化

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容量与属性

相识容量对于优化性能至关紧张，特殊是克制不须要的内存重分配。
|函数|分析|备注|
|size() / length()|返回字符数目|两者完全等价，一样平常用 size()|
|empty()|判断是否为空|保举利用，比 size() == 0 语义更清晰|
|capacity()|当前分配的内存容量|通常 >=size()|
|reserve(n)|预分配 n 字节内存|克制 append 时的多次内存重分配|
|shrink_to_fit()|开释多余内存（C++11）|让 capacity 靠近 size|
元素访问与遍历

访问单个字符

• operator[]：s。不查抄越界，服从高，但越界为导致未界说活动。
  
• at()：s.at。查抄越界，越界会抛出 std:ut_of_range 非常。
  
• front() / back()：访问首尾字符。
  

C 风格字符串

• c_str()：返回 const char*，以 NULL 末了。紧张用于兼容旧式 C 接口（如 printf）。
  
• data()：C++11 前不包管 NULL 末了，C++11 后与 c_str() 根本同等。
  

遍历

1. std::string s = "Hello, World";
3. // 1. 基于下标
4. for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) { /* ... */ }
6. // 2. 基于迭代器
7. for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++i) { /* ... */}
9. // 3. 基于范围 for 循环（C++11，推荐）
10. for (char c: s) { /* ... */ }       // 值拷贝
11. for (char& c: s) { c = toupper(c) } // 引用修改

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修改与操纵

|操纵|函数|示例|
|追加|+=、append()、push_back()|s += " World"|
|插入|insert(pos, str)|s.insert(0, "Hi ")|
|删除|erase(pos, len), pop_back()|s.erase(0, 3)|
|更换|replace(pos, len, str)|s.replace(6, 5, "C++")|
|清空|clear()|把 size 设置为 0，capacity 通常稳定|
|截断/扩充|resize(n)|改变 size，多出的补默认值|
查找与子串

全部查找函数如果未找到，都会返回常量 std::string::npos（通常是 -1 的无符号情势，即最大的 size_t()）。

1. std::string = "filename.txt";
3. // 1. 查找 find
4. size_t pos = s.find(".");
5. if (pos != std::string::npos) {
6.     // 找到了
7. }
9. // 2. 反向查找 rfind（找最后一个出现的位置）
10. size_t last_dot = s.rfind(".");
12. // 3. 查找集合 find_first_of / find_first_not_of
13. // 查找第一个出现的元音字母
14. size_t v_pos = s.find_first_of("aeiou");
16. // 4. 获取子串 substr
17. // 参数：substr(开始位置, 长度)
18. std::string name = s.substr(0, pos); // "filename"
19. std::string ext = s.substr(pos + 1); // "txt"（省略长度则取到末尾）

复制代码

范例转换

必要包罗头文件 。
数值转字符串 std::to_string(value)

1. std::string s = std::to_string(3.14); // "3.140000"

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字符串转数值

• std::stoi(s)：int
  
• std::stol(s)：long
  
• std::stod(s)：double
  
• 注意：这些函数会处置惩罚前导空格，但遇到非法字符会抛非常
  

当代化特性

C++17：std::string_view

std::string 是 “拥有者”，其拷贝开销大。std::string_view 只是一个 “观察者”（包罗指针和长度），零拷贝。
函数参数只管利用 std::string_view 取代 const std::string&，特殊是当你只必要读取字符串内容时。

1. // 避免了临时 std::string 对象的构造和内存分配
2. void print_prefix(std::string_view sv) {
3.     i f(sv.substr(0, 3) == "Pre") { // substr 也是 O(1) 操作
4.         // ...
5.     }
6. }

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C++20

弥补了恒久以来 C++ std::string 缺少高频接口的遗憾：

• s.starts_with("prefix")：判断前缀
  
• s.ends_with("suffix")：判断后缀
  
• s.contains("sub")：判断包罗
  

底层原理

SSO（Small String Optimization）

原理：为了克制短字符串频仍的堆内存分配（Heap Allocation），std::string 内部通常有一个小的栈缓冲区（通常 15 或 22 字节，取决于编译器实现）。
效果：

• 如果字符串很短（比方："Hello"），直接存放在栈上对象内部，无 malloc，速率极快。
  
• 如果字符串变长，才会在堆上分配内存，指针指向堆。
  

COW（Copy-On-Write）

在 C++11 之后已被废弃。如今的标准规定 std::string 不答应利用 COW。这意味着 std::string a = b; 肯定会发生深拷贝（除非利用 std::move）。
最佳实践

参数通报

• 只读不拥有：C++17 前用 const std::string&，C++17 后优先用 std::string_view。
  
• 必要修改：用 std::string&。
  
• 必要拥有权（Sink）：可以直接传值 std::string 并共同 std::move。
  

性能优化

• 在循环中追加字符串前，先用 reserve() 预留空间（写在循环之前）。
  
• 只管克制在循环内部频仍构造 std::string。
  
• 换行符优先用 \n 而不是 std::endl（除非你必要立刻革新缓冲区）。
  

安全性

• 永久不要对 c_str() 返回的指针举行 delete 操纵。
  
• 当 string 对象被修改或烧毁后，之前获取的 iterators、references 和 pointers（如 c_str() 的效果）大概会失效。
  

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