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  从零到一学习C++（基础篇） 作者：羡鱼肘子

温馨提示1：本篇是记录我的学习经历，会有不少片面的认知，万分期待您的指正。

温馨提示2：本篇会尽量用更加通俗的语言介绍c++的基础，用通俗的语言去解释术语。

 温馨提示3：看本篇前可以先了解前篇的内容，知识体系会更加完整哦。

从零到一学习c++（基础篇--筑基期五-数组、指针）-CSDN博客

标准库类型：string

C++中的标准库类型 std::string，它是C++中用于处理字符串的类，比C风格的字符数组更强大、更安全。

一、std::string 是什么？

std::string 是 C++ 标准库提供的一个“字符串类”，专门用来处理文本数据。你可以把它想象成一个“智能的字符数组”，它不仅能存储一串字符（比如 "Hello"），还能帮你完成很多常见的字符串操作，比如拼接、查找、替换等。

术语解释

• 字符串：一串字符的集合，比如 "Hello World"。

• 字符数组：C 语言中用来表示字符串的方式，比如 char str[] = "Hello"。

• 类：C++ 中的一种数据类型，可以包含数据（成员变量）和操作数据的方法（成员函数）。

• 动态内存管理：std::string 会自动分配和释放内存，不需要手动管理。

二、std::string 的基本用法

1. 定义和初始化

你可以用多种方式创建一个 std::string 对象，比如直接赋值、用构造函数初始化，或者用重复字符初始化。

代码示例

#include <string>  // 必须包含这个头文件

std::string str1;              // 默认初始化，空字符串
std::string str2 = "Hello";    // 用C风格字符串初始化
std::string str3("World");     // 用构造函数初始化
std::string str4(5, 'A');      // 初始化包含5个'A'的字符串
std::string str5 = str2;       // 用另一个string对象初始化

术语解释

• 默认初始化：创建一个空字符串。

• C风格字符串：以  结尾的字符数组，比如 "Hello"。

• 构造函数：类的特殊函数，用于初始化对象。

2. 访问字符

你可以像访问数组一样访问字符串中的某个字符，比如 str[1] 表示字符串中的第二个字符。

代码示例

std::string str = "Hello";
char ch1 = str[1];       // ch1 = 'e'（下标从0开始）
char ch2 = str.at(1);    // ch2 = 'e'（推荐用at()，因为它会检查越界）

术语解释

• 下标运算符 []：直接访问字符，不检查越界。

• at() 方法：访问字符时会检查下标是否越界，如果越界会抛出异常。（推荐哦）

3. 获取字符串长度

用 size() 或 length() 方法可以获取字符串的长度，比如 "Hello" 的长度是 5。

代码示例

std::string str = "Hello";
int len = str.size();   // len = 5
int len2 = str.length(); // len2 = 5

术语解释

• 长度：字符串中字符的个数。

 温馨小贴士：

string 存的字符串末尾有''吗？我们可以这样理解：

1. std::string 的存储方式

std::string 是一个 C++ 标准库中的类，它的内部实现通常是一个动态分配的字符数组（类似于 char[]），但它并不依赖  来表示字符串的结束。

• C风格字符串：C语言中的字符串是以  结尾的字符数组，比如 char str[] = "Hello";，它的内存布局是 {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ''}。

• std::string：std::string 并不需要  来表示字符串的结束，因为它内部会记录字符串的长度（通过 size() 或 length() 获取）。

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2. std::string 的末尾是否有 ？

• 默认情况下：std::string 的末尾不一定有 ，因为它不依赖  来判断字符串的结束。

• 特殊情况下：如果你通过 c_str() 或 data() 方法获取 std::string 的内部字符数组，那么返回的字符数组会以  结尾。

代码示例

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "Hello";
    std::cout << "String: " << str << std::endl;
    std::cout << "Length: " << str.size() << std::endl;  // 输出 5

    // 使用 c_str() 获取 C风格字符串
    const char* cstr = str.c_str();
    std::cout << "C-style string: " << cstr << std::endl;  // 输出 "Hello"
    std::cout << "C-style string length: " << strlen(cstr) << std::endl;  // 输出 5

    return 0;
}

解释

• str.size() 返回的是字符串的实际长度（5），不包括 。

• c_str() 返回的 C风格字符串会以  结尾，因此 strlen(cstr) 也是 5。

---

3. 为什么 c_str() 会返回以  结尾的字符串？

c_str() 是为了兼容 C 风格的字符串操作（比如与 C 函数交互）。C 风格的字符串需要以  结尾，因此 c_str() 会在内部字符数组的末尾添加一个 ，并返回指向该数组的指针。

注意哦

• c_str() 返回的指针指向 std::string 的内部数据，不要修改它。

• 如果 std::string 的内容被修改（比如通过 append()、erase() 等操作），c_str() 返回的指针可能会失效。

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4. data() 和 c_str() 的区别

• c_str()：返回一个以  结尾的 C风格字符串。

• data()：返回指向内部字符数组的指针，不保证以  结尾（在 C++11 之前）。从 C++11 开始，data() 和 c_str() 的行为一致，都会返回以  结尾的字符数组。

代码示例

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "Hello";
    const char* cstr = str.c_str();
    const char* data = str.data();

    std::cout << "c_str(): " << cstr << std::endl;  // 输出 "Hello"
    std::cout << "data(): " << data << std::endl;   // 输出 "Hello"

    return 0;
}

---

5. 小结

• std::string 内部存储的字符串末尾不一定有 ，因为它通过 size() 记录字符串长度。

• c_str() 和 data() 返回的字符数组会以  结尾，这是为了兼容 C 风格的字符串操作。

• 要记住哦，一定不要假设 std::string 的末尾有 ，除非你通过 c_str() 或 data() 获取了它的内部字符数组。

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6. 常见问题

Q1：为什么 std::string 不需要  结尾？

因为 std::string 是一个类，它内部会记录字符串的长度（通过 size() 或 length()），所以不需要依赖  来判断字符串的结束。

Q2：如果我自己在 std::string 中插入 ，会怎么样？

std::string 允许存储 ，但它不会将其视为字符串的结束符。例如：

std::string str = "HelloWorld";
std::cout << str << std::endl;  // 输出 "Hello"
std::cout << str.size() << std::endl;  // 输出 11

• str.size() 返回的是 11，因为  也被视为一个字符。

• 输出时，std::cout 会停在第一个  处，因此只输出 "Hello"。

Q3：如何正确处理包含  的字符串？

如果需要处理包含  的字符串，可以使用 std::string 的 data() 或 c_str() 方法，并结合 size() 来获取完整的字符串内容。

4. 字符串拼接

拼接字符串非常简单，直接用 + 或者 +=，比如 "Hello" + " World" 结果是 "Hello World"。

代码示例

std::string str1 = "Hello";
std::string str2 = "World";
std::string result = str1 + " " + str2;  // result = "Hello World"

str1 += " C++";  // str1 变成 "Hello C++"std::string str1 = "Hello";
std::string str2 = "World";
std::string result = str1 + " " + str2;  // result = "Hello World"

str1 += " C++";  // str1 变成 "Hello C++"

术语解释

• 拼接：将两个字符串连接在一起。

5. 比较字符串

可以用 ==、!=、<、> 等运算符来比较字符串，比如 "apple" < "banana" 结果是 true。

代码示例

std::string str1 = "apple";
std::string str2 = "banana";
if (str1 < str2) {
    cout << "apple comes before banana";
}

术语解释

• 字典序：字符串的比较规则，类似于字典中单词的排序。

6. 子串操作

用 substr() 方法可以截取字符串的一部分，比如从 "Hello World" 中截取 "World"。

代码示例

std::string str = "Hello World";
std::string sub = str.substr(6, 5);  // 从第6个字符开始，截取5个字符
cout << sub;  // 输出 "World"

术语解释

• 子串：字符串的一部分。

7. 查找和替换

用 find() 方法可以查找某个子字符串的位置，用 replace() 方法可以替换字符串中的某一部分。

代码示例

std::string str = "Hello World";
size_t pos = str.find("World"); // 返回子串的起始位置
if (pos != std::string::npos) {
    cout << "Found at position: " << pos; // 输出6
}

std::string str = "Hello World";
str.replace(6, 5, "C++"); // 从第6个字符开始，替换5个字符为"C++"
cout << str; // 输出 "Hello C++"

术语解释

• 查找：在字符串中搜索某个子串。

• 替换：将字符串中的某一部分替换为新的内容。

8. 插入和删除

用 insert() 方法可以在字符串中插入字符或字符串，用 erase() 方法可以删除字符串中的某一部分。

代码示例

std::string str = "Hello";
str.insert(5, " World");  // 在第5个位置插入 " World"（World前有个空格的）
cout << str;  // 输出 "Hello World"

str.erase(5, 6);  // 从第5个字符开始，删除6个字符
cout << str;  // 输出 "Hello"

术语解释

• 插入：在字符串的某个位置添加新的内容。

• 删除：移除字符串中的某一部分。

温馨小贴士：

string中的位置是下标的位置吗？

是的！在 std::string 中，位置（position）是基于下标（index）的，而下标是从 0 开始计数的。因此，str.insert(5, " World") 中的 5 表示的是下标为 5 的位置。

1. 下标从 0 开始

在 C++ 中，字符串的下标是从 0 开始的。例如：

std::string str = "Hello";

字符串 "Hello" 的下标分布如下：

字符	H	e	l	l	o
下标	0	1	2	3	4

• 字符 H 的下标是 0。

• 字符 o 的下标是 4。

---

2. insert 方法的参数

insert 方法的第一个参数是插入位置的下标，第二个参数是要插入的字符串。

str.insert(5, " World");

• 5 是插入位置的下标。

• " World" 是要插入的字符串。

---

3. 插入位置的含义

• 当下标为 5 时，表示在字符串的第 5 个位置插入新的内容。

• 对于字符串 "Hello"，下标 5 实际上是指字符串的末尾，因为 "Hello" 的下标范围是 0 到 4。

插入过程：

1. 原字符串："Hello"（下标 0 到 4）。

2. 在下标 5 的位置插入 " World"。

3. 结果："Hello World"。

---

4. 验证插入位置

我们可以通过打印字符串的每个字符及其下标来验证插入位置：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "Hello";
    str.insert(5, " World");  // 在下标 5 的位置插入 " World"
    std::cout << str << std::endl;  // 输出 "Hello World"

    // 打印每个字符及其下标
    for (size_t i = 0; i < str.size(); ++i) {
        std::cout << "下标 " << i << ": " << str[i] << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出：

Hello World
下标 0: H
下标 1: e
下标 2: l
下标 3: l
下标 4: o
下标 5:  
下标 6: W
下标 7: o
下标 8: r
下标 9: l
下标 10: d

解释：

• 下标 5 的位置是空格字符（' '），这是插入的 " World" 的第一个字符。

• 插入后，字符串的长度变为 11，下标范围是 0 到 10。

---

5. 其他插入位置的例子

例子 1：在字符串中间插入

std::string str = "Hello";
str.insert(2, " World");  // 在下标 2 的位置插入 " World"
std::cout << str << std::endl;  // 输出 "He Worldllo"

解释：

• 在下标 2 的位置插入 " World"。

• 插入后，字符串变为 "He Worldllo"。

例子 2：在字符串开头插入

std::string str = "Hello";
str.insert(0, "World ");  // 在下标 0 的位置插入 "World "
std::cout << str << std::endl;  // 输出 "World Hello"

解释：

• 在下标 0 的位置插入 "World "。

• 插入后，字符串变为 "World Hello"。

---

小结

• insert 方法的第一个参数是下标位置，从 0 开始计数。

• 在 str.insert(5, " World") 中，5 表示下标为 5 的位置，即字符串的末尾。

• 插入后，字符串变为 "Hello World"。

9.std::string 的输入输出

1. 输入

• 使用 cin 输入字符串（遇到空格会停止）：

  std::string str;
  cin >> str; // 输入 "Hello World"，str 只会存储 "Hello"

• 使用 getline() 输入整行字符串：

  std::string str;
  getline(cin, str); // 输入 "Hello World"，str 存储 "Hello World"

2. 输出

• 使用 cout 输出字符串：

  std::string str = "Hello World";
  cout << str; // 输出 "Hello World"

三、std::string 的底层实现

std::string 的底层通常是一个动态分配的字符数组，它会自动管理内存。当字符串长度增加时，会自动分配更大的内存；当字符串被销毁时，会自动释放内存。

术语解释

• 动态分配：根据需要分配内存，而不是固定大小。

• 内存管理：自动分配和释放内存，避免内存泄漏。

四、std::string 的常用成员函数

五、std::string 的注意事项

1. c_str() 的使用

• c_str() 返回一个C风格字符串（const char*），常用于与C函数交互。

• 注意：返回的指针指向 std::string 的内部数据，不要修改它。

2. 性能问题

• std::string 的动态内存分配可能会导致性能开销，但在大多数情况下可以忽略。

3. 与C风格字符串的转换

• 从 std::string 到C风格字符串：使用 c_str()。

  • 从C风格字符串到 std::string：直接赋值。

六、总结

std::string 是 C++ 中处理字符串的核心工具，功能强大且易于使用。通过掌握它的基本用法和高级特性，可以轻松应对各种字符串处理任务。以下是一些关键点：

1. 初始化：支持多种初始化方式，灵活方便。

2. 操作：支持拼接、查找、替换、截取等常见操作。

3. 性能：自动管理内存，性能足够满足大多数场景。

4. 扩展：结合标准库算法（如 std::find、std::replace），可以实现更复杂的功能。

下一篇会开始学习vector，让我们一起加油！！！