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【C语言/C++篇】初识String类，深入String类

小黄编程快乐屋 2025-04-01 00:01:01

简介【C语言/C++篇】初识String类，深入String类

一、C 语言中的字符串

2.4 string类与 C 风格字符串的转换

2.4.1 string转 C 风格字符串

2.4.2 C 风格字符串转string

三、C 语言字符数组与 C++ string类的对比

一、C 语言中的字符串

1.1 字符数组

在 C 语言中，字符串是通过字符数组来存储和处理的。字符数组是一种特殊的数组，它的每个元素都是一个字符。例如：


char str1[10] = "hello";

char str2[] = "world";

在上述代码中，str1是一个长度为 10 的字符数组，它存储了字符串 "hello"，由于字符串常量以''作为结束标志，所以虽然 "hello" 只有 5 个字符，但实际上在数组中占用了 6 个位置，最后一个位置存储''。str2没有显式指定数组长度，编译器会根据初始化的字符串常量自动计算数组长度，这里str2的长度为 6。

1.2 字符串的输入输出

1.2.1 输入函数

scanf函数：可以使用scanf函数读取字符串。例如：


char name[20];

scanf("%s", name);

这里需要注意的是，scanf函数在读取字符串时，遇到空格、制表符或换行符就会停止读取。

gets函数：gets函数可以读取一行字符串，包括空格。例如：


char line[100];

gets(line);

然而，gets函数存在安全隐患，因为它不会检查输入的字符串是否超过数组的大小，可能导致缓冲区溢出，所以在较新的 C 标准中已被弃用。

fgets函数：fgets函数是更安全的读取字符串的方式，它可以从指定的文件流中读取一行字符串。例如从标准输入流stdin读取：


char buffer[100];

fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);

fgets函数会读取最多sizeof(buffer) - 1个字符，然后加上''结束标志。如果读取到换行符，也会将其包含在读取的字符串中。

1.2.2 输出函数

printf函数：用于格式化输出字符串。例如：


char message[] = "Hello, world!";

printf("%s
", message);

puts函数：用于输出字符串并自动换行。例如：


char greeting[] = "Good morning";

puts(greeting);

1.3 常用字符串处理函数

C 语言的标准库<string.h>提供了许多实用的字符串处理函数。

1.3.1 字符串复制函数

strcpy函数：用于将一个字符串复制到另一个字符数组中。例如：


char source[] = "example";

char destination[20];

strcpy(destination, source);

需要注意的是，目标数组destination必须足够大，以容纳源字符串及其结束标志''，否则会导致缓冲区溢出。

strncpy函数：strncpy函数可以指定复制的字符数，更加安全。例如：


char src[] = "long string";

char dest[10];

strncpy(dest, src, sizeof(dest) - 1);

dest[sizeof(dest) - 1] = '';

这里复制最多sizeof(dest) - 1个字符，然后手动添加结束标志''，以防止目标数组越界。

1.3.2 字符串连接函数

strcat函数：用于将一个字符串连接到另一个字符串的末尾。例如：


char str1[20] = "Hello, ";

char str2[] = "world!";

strcat(str1, str2);

同样，str1数组必须有足够的空间来容纳连接后的字符串。

strncat函数：strncat函数可以指定连接的字符数，避免缓冲区溢出。例如：


char s1[30] = "First part";

char s2[] = " second part";

strncat(s1, s2, sizeof(s1) - strlen(s1) - 1);

这里连接最多sizeof(s1) - strlen(s1) - 1个字符，确保str1数组不会溢出。

1.3.3 字符串比较函数

strcmp函数：用于比较两个字符串的大小。它根据两个字符串中字符的 ASCII 码值进行比较，返回值如下：

- 如果两个字符串相等，返回 0；

- 如果第一个字符串小于第二个字符串，返回一个负数；

- 如果第一个字符串大于第二个字符串，返回一个正数。

例如：


char str1[] = "apple";

char str2[] = "banana";

int result = strcmp(str1, str2);

strncmp函数：strncmp函数可以指定比较的字符数。例如：


char s1[] = "compare";

char s2[] = "compete";

int res = strncmp(s1, s2, 4);

这里只比较前 4 个字符。

1.3.4 计算字符串长度函数

strlen函数：用于计算字符串的长度，不包括结束标志''。例如：


char str[] = "length";

size_t len = strlen(str);

len的值为 6。

二、C++ 中的string类

2.1 string类的引入

C++ 标准库提供了string类，它位于<string>头文件中。与 C 语言中的字符数组相比，string类提供了更方便、更安全的字符串操作方式，并且能够自动管理内存。

2.2 string类的定义和初始化

2.2.1 定义


#include <string>

std::string s;

这里定义了一个空的string对象s。

2.2.2 初始化

使用字符串字面量初始化：


std::string str1 = "Hello, C++";

使用另一个string对象初始化：


std::string str2 = str1;

使用部分字符串初始化：


std::string str3(str1, 0, 5); // 从str1的第0个字符开始，取5个字符，即"Hello"

使用重复字符初始化：


std::string str4(5, 'a'); // 包含5个'a'字符，即"aaaaa"

2.3 string类的常用操作

2.3.1 字符串连接

可以使用+运算符或append成员函数进行字符串连接。

使用+运算符：


std::string s1 = "Hello, ";

std::string s2 = "world!";

std::string result = s1 + s2;

使用append函数：


std::string s3 = "First ";

s3.append("second");

2.3.2 字符串比较

可以使用关系运算符（==, !=, <, >, <=, >=）或compare成员函数进行字符串比较。

使用关系运算符：


std::string s4 = "apple";

std::string s5 = "banana";

if (s4 < s5) {

// s4的字典序小于s5

}

使用compare函数：


int cmp = s4.compare(s5);

if (cmp < 0) {

// s4的字典序小于s5

}

2.3.3 访问字符

可以使用下标运算符[]或at成员函数访问string中的字符。

使用下标运算符：


std::string s6 = "example";

char c1 = s6[0]; // 'e'

使用at函数：


char c2 = s6.at(1); // 'x'

at函数会进行边界检查，如果访问越界会抛出std::out_of_range异常，而下标运算符[]不会进行边界检查，可能导致未定义行为。

2.3.4 字符串查找

string类提供了多个查找函数，如find、rfind、find_first_of、find_last_of等。

find函数：查找子字符串或字符在string中首次出现的位置。例如：


std::string s7 = "this is a test";

size_t pos = s7.find("is");

if (pos!= std::string::npos) {

// 找到"is"，pos为其起始位置

}

rfind函数：查找子字符串或字符在string中最后一次出现的位置。例如：

size_t last_pos = s7.rfind("is");

if (last_pos!= std::string::npos) {

// 找到最后一次出现的"is"，last_pos为其起始位置

}

2.3.5 字符串替换

可以使用replace成员函数进行字符串替换。例如：


std::string s8 = "old string";

s8.replace(0, 3, "new"); // 将从第0个字符开始的3个字符替换为"new"，结果为"new string"

2.3.6 字符串插入和删除

插入：使用insert成员函数在指定位置插入字符串或字符。例如：


std::string s9 = "hello";

s9.insert(5, ", world"); // 在第5个位置插入", world"，结果为"hello, world"

删除：使用erase成员函数删除指定位置或范围的字符。例如：


std::string s10 = "example";

s10.erase(1, 3); // 删除从第1个字符开始的3个字符，结果为"e le"

2.4 string类与 C 风格字符串的转换

2.4.1 string转 C 风格字符串

可以使用c_str成员函数将string对象转换为 C 风格的以''结尾的字符数组。例如：


std::string s11 = "convert";

const char* c_str = s11.c_str();

注意，c_str返回的指针指向的字符数组是只读的，不能修改其内容。

2.4.2 C 风格字符串转string

可以通过string的构造函数将 C 风格字符串转换为string对象。例如：


const char* c = "c string";

std::string s12(c);

三、C 语言字符数组与 C++ string类的对比

3.1 内存管理

C 语言字符数组：需要手动管理内存，在定义字符数组时需要预先分配足够的空间，否则可能导致缓冲区溢出或内存浪费。例如：


char arr[10];

// 如果需要存储更长的字符串，可能需要重新分配更大的数组

C++ string类：自动管理内存，在字符串长度发生变化时，string类会自动调整内部缓冲区的大小，避免了手动内存管理的繁琐和错误。

3.2 操作便利性

C 语言字符数组：对字符串的操作需要使用标准库提供的函数，这些函数的参数和返回值需要仔细处理，例如strcpy函数需要确保目标数组足够大，操作相对繁琐。

C++ string类：提供了简洁直观的运算符和成员函数，如+运算符用于字符串连接，[]运算符用于访问字符，操作更加方便。

3.3 安全性

C 语言字符数组：许多字符串处理函数（如strcpy、gets等）存在安全隐患，容易导致缓冲区溢出等问题，可能引发程序崩溃或安全漏洞。

C++ string类：通过自动内存管理和边界检查（如at函数），减少了缓冲区溢出等安全问题的发生。

四、总结

C 语言中的字符数组和字符串处理函数为字符串操作提供了基础，但在内存管理和操作便利性方面存在一些不足。C++ 的string类在 C 语言的基础上进行了封装和扩展，提供了更安全、更方便的字符串操作方式。在实际编程中，根据具体需求选择合适的字符串处理方式，如果需要与 C 语言代码兼容或对性能有严格要求，可能会使用 C 语言的字符数组和字符串函数；而在 C++ 项目中，通常优先使用string类来简化字符串处理的过程。

风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。