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C++专栏：C++程序设计
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一、标准库中的string类
二、string的遍历
三、string容量
四、string修改
一、标准库中的string类
1、string类
C语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。
在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;
#include <string>
using namespace std;2、string的构造方法
string一共有5种构造方法。
- string()
- 无参构造，初始化为空串
string str1; //空串
- string(const string& str)
用str拷贝构造
string str2("hello world"); //用"hello world"拷贝构造str2
- string(size_t n,char c)
- 用n个字符c初始化
string str3(4, 'a'); //用4个字符'a'初始化
- string(const char* s,size_t n)
- 用字符串s的前n个字符初始化
string str4("hello world", 5); //用字符串"hello world" 前5个字符初始化
- string(const string& str,size_t pos,size_t len=npos)
- 将字符串str，从下标pos位置开始，选取长度为len个的字符，来初始化
- 注：上面的缺省值npos，定义为：size_t npos=-1. npos为最大值，表示不传参数时，会用str中pos位置开始后的所有字符来初始化
string str5(str2, 5, 6); //用str2中，从下标为5位置开始，长度为6的字符串初始化
二、string的遍历
1、auto和范围for（C++11支持）
补充auto的相关语法：
1、在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，后来这个不重要了。C++11中，标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。
int a = 10; auto b = a; auto c = 'a'; auto d = func1(); //auto会自动推导变量的类型auto e; // 编译报错:rror C3531: “e”: 类型包含“auto”的符号必须具有初始值设定项 (必须初始化)cout << typeid(b).name() << endl; //int cout << typeid(c).name() << endl; //char cout << typeid(d).name() << endl; //int
2、用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&；当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。
int x = 10; auto y = &x; auto* z = &x; //用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别 auto& m = x; //用auto声明引用类型时则必须加&cout << typeid(x).name() << endl; //int cout << typeid(y).name() << endl; //int* cout << typeid(z).name() << endl; //int*auto aa = 1, bb = 2;//当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错auto cc = 3, dd = 4.0;// 编译报错：error C3538: 在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型
3、auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用
// 不能做参数 error:报错 void func2(auto a) {}// 可以做返回值，但是建议谨慎使用(建议不要使用) auto func3() {return 3; }
4、auto不能直接用来声明数组
// 编译报错：error C3318: “auto []”: 数组不能具有其中包含“auto”的元素类型 auto array[] = { 4, 5, 6 };
5、auto的用武之地std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };//auto的用武之地:在某些情况下，可以减小代码书写的难度，例如迭代器的定义//写法一： std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();//写法二： auto it = dict.begin();
范围for：
对于一个有范围的集合 而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的 for 循环。 for 循环后的括号由冒号 “ ： ” 分为两部分：第一部分是范围 内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围 ，自动迭代，自动取数据，自动判断结束。范围for 可以作用到数组和容器对象上进行遍历。int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // C++98的遍历 for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i) {cout << array[i] << endl; // 1 2 3 4 5 }// C++11的遍历 for (auto& e : array)e *= 2; // 如果要修改容器内的元素，需要在变量类型后加上& for (auto e : array)cout << e << " " << endl; // 2 4 6 8 10// 字符串的遍历 string str("hello world"); for (auto ch : str) {cout << ch << " "; // h e l l o w o r l d } cout << endl;
2、迭代器(iterator)
- string 中的迭代器主要分为正向迭代器和反向迭代器，其中又可以细分为 const 和 非const类型的，共计四种。
- const迭代器仅定义方式与非const不同，且在循环内部不能对元素进行修改，其余的都相同
| begin + end | begin 获取第一个字符的迭代器 + end 获取最后一个字符下一个位 置的迭代器('\0') |
| rbegin + rend | rend 获取第一个字符的前一个位置迭代器 + rbegin获取最后一个字符下一个位置的迭代器 |
正向迭代器
- 非const
string str("hello world");/* * 步骤：1.获取容器开头的迭代器2.以容器结尾的迭代器作为循环结束条件3.通过*(迭代器变量名)获取容器内部的元素4.移动迭代器的位置 */// 或 auto sit = str.begin(); string::iterator sit = str.begin(); // 1 while (sit != str.end()) { // 2cout << *sit << ' '; // 3sit++; // 4 }
- const
string::const_iterator sit = str.begin(); // 1 while (sit != str.end()) { // 2cout << *sit << ' '; // 3sit++; // 4 }
反向迭代器
- 非const
string str("hello world"); /* * 步骤：1.获取容器结尾的迭代器(rbegin)2.以容器开头的迭代器作为循环结束条件(rend)3.通过*(迭代器变量名)获取容器内部的元素4.移动迭代器的位置 */ string::reverse_iterator sit = str.rbegin(); // 1 while (sit != str.rend()) { // 2cout << *sit << ' '; // 3sit++; // 4 }
- const
string::const_reverse_iterator sit = str.rbegin(); // 1 while (sit != str.rend()) { // 2cout << *sit << ' '; // 3sit++; // 4 }
3、operator[]
- 通过索引访问类中的字符数据
MyString str("Hello, World!"); str[0] = 'h'; // 修改第一个字符为'h' str[7] = 'w'; // 修改第八个字符为'w'（将'W'改为小写）// 输出修改后的字符串 for (size_t i = 0; i < str.getLength(); ++i) {cout << str[i]; }cout << endl; // hello world
三、string容量
1、length和size
- 返回字符串中有效字符的长度
string str("hello world"); cout << "str length:" << str.length() << endl; cout << "str size:" << str.size() << endl;//str length:11 //str size:11
2、capacity
- 返回字符串存储有效字符的空间大小（不包含'\0'）
string str("hello world"); cout << "str capacity:" << str.capacity() << endl;//str capacity:15(不包含'\0')
- capacity的扩容机制
capacity()在不同平台上的扩容方式不同。先展示Windows下capacity的扩容过程。
string s; size_t sz = s.capacity(); // 记录最开始的容量 cout << "make s grow:" << endl; cout << "init capacity:" << s.capacity() << endl; for (int i = 0; i < 100; i++) {s.push_back('c'); // 每次向s中添加一个字符if (sz != s.capacity()) {sz = s.capacity(); // 判断容量是否变化并打印信息cout << "capacity changed:" << sz << endl;} }/* Windows result:make s grow: (不包含'\0') (包含'\0')init capacity: 15 16capacity changed: 31 32 capacity changed: 47 48 capacity changed: 70 71 capacity changed: 105 106运行环境:Windows11 VS2022 */在Windows系统上，使用Visual Studio 2022编译器时，容器的capacity首次扩容遵循二倍增长策略（例如，从16扩展到32），而随后的扩容则调整为1.5倍增长。
相比之下，在Linux系统上，当采用g++ 4.8编译器且演示代码保持完全一致的情况下，容器的初始
capacity被设置为1，并且无论是首次还是后续的扩容操作，均严格遵循二倍增长模式。/* Linux result:make s grow:init capacity: 1 capacity changed: 2 capacity changed: 4 capacity changed: 8 capacity changed: 16capacity changed: 32capacity changed: 64capacity changed: 128 运行环境:Linux g++ 4.8 */
3、reserve
capacitystring s; s.reserve(100); // 提前扩容100个空间(不包含'\0') size_t sz = s.capacity(); // 记录最开始的容量 cout << "make s grow:" << endl; cout << "init capacity:" << s.capacity() << endl; for (int i = 0; i < 100; i++) {s.push_back('c'); // 每次向s中添加一个字符if (sz != s.capacity()) {sz = s.capacity(); // 判断容量是否变化并打印信息cout << "capacity changed:" << sz << endl;} }/* Windows VS result:make s grow:init capacity:111Linux g++ result:make s grow:init capacity:100 */
reserve()函数在字符串管理中的主要作用是预分配足够的内存空间，以减少因后续操作（如添加字符）导致的频繁扩容，从而提升性能。这一功能在不同平台上可能因标准库实现的具体细节而有所差异。在Visual Studio环境下，当传入的参数n大于字符串当前的容量时，
reserve()函数会确保字符串的容量增加至至少n个字符或更大。如果n小于或等于当前容量，调用reserve(n)通常不会有任何效果，因为字符串已经有足够的空间来存储n个字符。在Linux平台上，使用g++等编译器时，
reserve()函数的行为通常与Visual Studio相似。当n大于当前容量时，它会将字符串的容量调整为至少n个字符。然而，与Visual Studio不同的是，在Linux平台上，如果n小于或等于当前容量，字符串的容量将会缩减（至少为size）。
四、string修改
1、push_back
- void push_back (char c);
- 在字符串的末尾添加一个字符
string myString = "Hello"; myString.push_back('!'); // 在字符串末尾添
2、append
- string& append (const string& str);
- 在字符串的末尾添加另一个字符串的内容
string myString = "Hello, "; string appendedString = "world!"; myString.append(appendedString); // 在 myString 末尾添加 appendedString 的内容
3、operator+=
- string& operator+= (const string& str);
- 将右侧字符串的内容追加到左侧字符串的末尾
string greeting = "Hello"; string suffix = ", world!"; greeting += suffix; // 使用 += 运算符将 suffix 追加到 greeting 的末尾
4、insert
- string& insert (size_t pos, const string& str);
- 在字符串的指定位置插入另一个字符串的内容
string myString = "Hello world"; string toInsert = ", beautiful "; myString.insert(6, toInsert); // 在 myString 的第 6 个位置插入 toInsert 的内容
5、erase
- string& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos);
- 从字符串中删除字符
string str = "Hello, World!"; str.erase(7, 5); // 从下标7开始删除5个字符
6、find
size_t find (const string& str, size_t pos = 0)- 在string中查找字符并返回指定字符串的下标（如果找不到则会返回-1）
string st1("babbabab"); // 若省略第2个参数，则默认从位置0（即第1个字符）起开始查找 cout << st1.find('a') << endl; //1 cout << st1.find('a', 0) << endl;//1 cout << st1.find('a', 1) << endl;//1 cout << st1.find('a', 2) << endl;//4// 找不到 if(str1.find('a') == -1) cout << "cannot find from str1";
