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【C++】 初阶篇 STL简介 -- string 的使用

2026-08-03 分类：服务器技术 阅读(31) 评论(0)

前言

string是 C++ 中处理字符串的核心工具，比 C 语言char*更安全高效，这篇文章从string的基础概念出发，聚焦构造、访问、容量、修改等核心接口，搭配测试、案例（如分割网址）讲清用法与场景，最后补充编译器差异，帮你系统掌握string的高效使用。

一、string 类的使用

1.1什么是 string

C语言中，字符串是以’\\0’结尾的若干个字符的集合，为了操作方便，C语言 string.h 头文件提供了一些系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不符合面向对象的思想，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。

基于上面这些原因，C++标准库提供了 string 类，string 类中提供了各种函数接口，比如类的六个默认成员函数、字符串插入删除、运算符重载等等，我们可以使用 string 来实例化对象，然后通过 string 的各种接口来完成对该对象的各种操作。

string 类的实现框架大概如下：

namespace std {
template<class T>
class string {
public:
// string 的各种成员函数

private:
T* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
//string 的其他成员变量，比如npos
};
}

我们打开 cplusplus.com 搜索 string 会发现，string 其实是 basic_string 类模板使用字符类型 char 实例化得到的一个类： 在这里插入图片描述 前面我们说了string是管理字符的指针，那么 string 为什么要设计成模板呢？因为编码不同，存储一个字符所需要的空间也不同；现如今常见的编码有如下三类：

  • ASCII 编码

ASCII 全称为美国信息交换标准代码，这是我们接触到的第一种编码，由于英语所有的英文字母 (包括大小写) 加上各种标点符号以及特殊字符一共只有一百多种，所以我们使用一个字节即可表示所有字符；但是根据 ASCII 编码设计出的计算机不能表示其他国家的语言，比如中文、日文、韩文等等。

  • Unicode

Unicode 就是我们的统一码，也叫万国码；它是为了解决传统的字符编码方案的局限而产生的，它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。Unicode 主要包括 utf-8，utf-16 与 utf-32，其中的8、16与32分别代表了字符的最小空间为1、2以及4字节。

由于 utf-8 支持 ASCII，且字符最小单位为一字节，节省了空间，所以现在使用率最高的编码方式就是它。

  • GBK

GBK 即 “国标”，是我国专门为汉字设计的一套编码，其中一个字符最小占用空间为两个字节。

1.2使用前的准备

用string类时，代码里必须加这两句：

#include <string> // 包含头文件
using namespace std; // 引入std命名空间

二、string构造函数

函数原型功能说明示例
string() 无参默认构造：创建空字符串 string s;
string(const string& str) 拷贝构造：用已有 string 对象构造新对象 string s1(s0);
string(const string& str, size_t pos, size_t len = npos) 子串构造：从 pos 开始截取 len 个字符 string s(s0, 2, 4);
string(const char* s) C 风格字符串构造：用 char* 初始化 string s(“hello”);
string(const char* s, size_t n) 截取 C 串前 n 个字符 string s(“hello”, 3);
string(size_t n, char c) 重复字符填充构造 string s(5, ‘A’);

string s1;
string tmp = "hello";
string s2 = tmp; // 拷贝构造（对象实例化时赋值）
string s3(tmp, 2, 2); // 从 tmp 的索引 2 开始取 2 个字符
string s4("string"); // C 风格字符串构造
string s5("string", 2); // 取前 2 个字符
string s6(5, 'A'); // 5 个 'A'

cout << "无参默认构造：" << s1 << " 长度=" << s1.size() << endl;
cout << "拷贝构造：" << s2 << endl;
cout << "子串构造：" << s3 << endl;
cout << "C 串构造：" << s4 << endl;
cout << "截取 C 串：" << s5 << endl;
cout << "重复字符：" << s6 << endl;

在这里插入图片描述

2.1、参数详解

string (const char* s)用于通过 C 语言风格的字符串构造 string 对象；string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos) 则是从已有 string 对象对应的字符串中，截取从 pos 下标开始的 len 个字符来构造新的 string 对象。

  • 参数规则：

    若 pos 超过字符串的最大下标，会触发断言错误；

    若原字符串 str 长度不足，或 len 取值为sstring::npos，则会从 pos 位置开始复制到字符串末尾。

  • pos越界：

  • 在这里插入图片描述

  • 使用npos缺省值： 在这里插入图片描述

  • string对应字符串后面有没有 ‘\\0’

string test1 ="hello";
string test2(test1, 5);
cout << test2 << endl;

在这里插入图片描述 运行后控制台无输出，且未触发断言警告。

这个现象可以说明：string 内部会在存储的字符串末尾维护\\0，但由于\\0是不可打印字符，所以输出时不会显示；而我们从原字符串的末尾位置（下标 5）截取字符时，刚好取到了这个\\0，因此控制台没有打印出可见内容。

string::npos 定义为 -1，在赋值给 size_t 类型时，触发有符号 int 到无符号 size_t 的算数转换，-1的补码（全 1）被解释为size_t的最大值。

若平台是 32 位系统，size_t是 32 位无符号整数，此时npos的值为2³² – 1；

若平台是 64 位系统，size_t是 64 位无符号整数，此时npos的值为2⁶⁴ – 1。

我之所以能直接用cout打印string对象，是因为标准库中为string重载了<<（配合cout）和>>（配合cin）这两个输入输出运算符（具体接口介绍后面讲）。 在这里插入图片描述

2.2、单参数构造的隐式类型转换

// 单参数构造函数支持隐式类型转换：
// "张三"是 const char* 类型，会先调用 string(const char* s) 构造一个临时 string 对象，
// 再通过拷贝构造，把这个临时对象的内容复制给 s。
// 但实际编译时，编译器会自动优化这个过程，直接用 "张三" 构造 s，只调用 1 次构造函数
// （省去了临时对象和拷贝的开销）。
string s = "张三";

在这里插入图片描述 如果想禁止这种隐式转换，可以给单参数构造函数加explicit关键字（比如explicit string(const char* s)），这样就不能直接用string s = “张三”，得显式写string s(“张三”)。

三、string类对象的访问及遍历操作

函数名称函数功能对应 const 版本
begin() 返回指向字符串第一个字符的迭代器 cbegin()
end() 返回指向最后一个字符的下一个位置的迭代器 cend()
rbegin() 反向迭代器，返回指向最后一个字符的迭代器 crbegin()
rend() 反向迭代器，返回指向第一个字符的前一个位置的迭代器 crend()

补充：operator[]

  • 非 const 版本：char& operator[](size_t pos) —— 可读写
  • const 版本：const char& operator[](size_t pos) const —— 仅读

3.1、operator[]

在这里插入图片描述 功能：返回pos位置的字符 在这里插入图片描述 这里先提前预告一下string里面有一个成员函数是size获取有效字符的个数 那么我们就这样看这样写遍历了。 在这里插入图片描述

3.3、begin+ end

在这里插入图片描述

功能： 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

迭代器是 C++ 容器（如 string、vector、map）的 “通用访问工具”，本质是封装了指针的对象，作用是：✅ 遍历容器中的元素（读 / 写）；✅ 屏蔽不同容器的底层实现差异（比如数组、链表遍历方式不同，但迭代器用法统一）。 核心特点：

用法像指针：支持*it（取元素）、++it（移动）、it->（取成员）等操作； 分类适配场景：比如begin()返回指向第一个元素的迭代器，end()返回 “最后一个元素的下一个位置的迭代器”；

注意失效：容器扩容 / 缩容 / 删除元素时，迭代器可能失效（指向无效内存），需重新获取（后面实现时讲解）。

大家可以把string这个容器中迭代器就是指针，begin返回的是指向第一个字符的指针，end返回的是指向最后一个字符下一个位置的指针，这是因为string容器存储的是字符串，可以直接通过指针对字符串进行接引用操作等当然，并不是所有迭代器的底层都是用指针实现的：

  • 遍历

在这里插入图片描述

3.4、rbegin + rend

在这里插入图片描述 功能：和begin/end的区别是，rbegin/rend是反向遍历，rbegin指向的是最后一个数据的位置，rend指向的是第一个元素 在这里插入图片描述

3.5、const迭代器

这个和上述介绍的迭代器没本质区别，不同的就是const迭代器指向的对象不能被修改 在这里插入图片描述

四、 string类对象的容量操作

4.1、size

在这里插入图片描述 功能：返回字符串有效大小（不包含末尾的\\0） 在这里插入图片描述

4.2、length

在这里插入图片描述 功能：返回字符串有效长度（不包含末尾的\\0）

注：length和size的功能完全一致（返回结果相同），只是命名来源不同 ——length是早期为字符串设计的接口，size是后续为了统一所有容器（如vector）的接口风格新增的，二者在string中是等价的。 在这里插入图片描述

4.3、capacity

在这里插入图片描述 功能：返回空间总大小 在这里插入图片描述

string 的自动扩容规则在插入数据且当前空间不足时，string 会自动扩容，不同编译器的扩容策略不同：

  • VS 环境下：第一次扩容为当前容量的 2 倍，后续扩容为当前容量的 1.5 倍；
  • g++ 环境下：每次扩容均为当前容量的 2 倍。

4.4 empty

在这里插入图片描述 功能：检测字符串是否为空串，是返回true，否则返回false 在这里插入图片描述

4.5、clear

在这里插入图片描述 功能：清空有效字符 在这里插入图片描述

4.6、reserve（重要）

在这里插入图片描述 功能：提前给字符串分配好指定大小的内存空间（不会改变size）

  • 【场景1】：reverse要求100个字节空间，但却开辟了111个字节空间，为啥呢？

在这里插入图片描述

这是 VS 编译器的内存对齐 / 容量对齐策略导致的：因为string是一个类就会有内存对齐。reserve(100)只是要求 “至少 100 字节”，VS 会在满足需求的基础上，额外多分配一些空间（比如按特定规则对齐），所以实际开辟了 111 字节。

  • 【场景2】：reserve 请求空间小于当前容量时的容量变化（缩容）

在这里插入图片描述

当reserve(n)中n小于当前字符串容量时：标准将 “缩小容量” 定义为非约束请求—— 编译器 / 容器实现可以自主决定是否缩容，但通常会选择 “不缩容”（比如本示例中当前容量 15＞请求的 10，容量保持 15 不变），最终保证容量不小于n即可。 reserve在新版 VS 里的行为：

✅ 当 n > 当前容量：正常扩容（满足容量≥n）； ❌ 当 n < 当前容量：完全不缩容，容量保持原样（仅保证不低于 n，但不会主动减小）。

4.7、resize（重要)

在这里插入图片描述

功能：将有效字符的个数改成n个，多出的空间用 “字符c” 或者 “/0” 填充

  • 【场景1】：n > size

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 字符串会被扩展到 n 个字符，新增的位置默认填充 ‘\\0’（空字符）；如果显式传第二个参数（比如 resize(n, ‘a’)），则用指定字符填充。

  • 【场景2】：n < size 在这里插入图片描述字符串会被截断，只保留前 n 个字符，超出部分直接丢弃（不可逆）。

ps：以上内容我是一个一个讲的并加入实例，下面开始我会把他们做成一个表格来讲，重要的我会把他单独拎出来讲

五、string类对象的修改操作

接口功能简述备注
push_back(char c) 在字符串尾部插入一个字符 仅支持单字符
append(const string& str) 在字符串尾部追加一个字符串 支持 string / C 串
operator+=(const string& str) 在字符串尾部追加字符串 最常用，支持单字符、C 串、string 等重载
c_str() 返回 const char* 形式的 C 风格字符串 末尾含 \\0，方便与 C 接口交互
find(const string& str, size_t pos = 0) 从 pos 开始向后查找目标首次出现位置 找不到返回 sstring::npos
rfind(const string& str, size_t pos = npos) 从 pos 开始向前查找目标最后一次出现位置 找不到返回 sstring::npos
substr(size_t pos = 0, size_t n = npos) 从 pos 开始截取 n 个字符并返回新 string 越界自动截断，不抛异常

string s1;
s1.push_back('s');
cout << s1 << endl;
s1.append("tring:");
cout << s1 << endl;
s1 += " hello world";
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s1.find("hello") << endl;
cout << s1.find("ljm") << endl;
cout << s1.rfind("hello") << endl;
cout << s1.rfind("ljm") << endl;
string tmp = s1.substr(8, 999);
cout << tmp << endl;

在这里插入图片描述

5.1、operator+=

在这里插入图片描述 【功能】：在字符串后追加字符串str

在这里插入图片描述

5.2、c_str

在这里插入图片描述 功能：返回C格式的字符串

  • 验证

string s1;
s1 += " hello world";
s1[5] = '\\0';
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;

在这里插入图片描述

5.3、find和rfind

在这里插入图片描述 功能：从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

功能：从指定位置开始，从后往前搜索目标内容在字符串中最后一次出现的位置

5.4、substr

在这里插入图片描述

功能：在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回 在这里插入图片描述

5.5、insert

在这里插入图片描述

功能：任意位置插入内容 在这里插入图片描述

  • 注意 对于非法插入操作，程序一般会抛出异常来提示错误。不过我现在还没学到异常处理的相关内容，所以这里就不写异常捕获的代码了（之前用到的几个插入接口，遇到非法插入时也会以抛异常的方式报错）。

5.6、erase

在这里插入图片描述 功能：删除字符串中任意位置的内容 在这里插入图片描述

这个接口用起来确实挺灵活，但得谨慎使用 —— 它底层的效率比较低，会涉及大量的数据移动操作。

5.7、问题

  • find+substr 小案例：分割网址 前置知识 在这里插入图片描述

//https://blog.csdn.net/HSWLJM?type=blog
string url= "https://blog.csdn.net/HSWLJM?type=blog";
size_t pos1 = url.find(":");
cout << "协议：" << url.substr(0, pos1)<<endl;
size_t pos2= url.find("/",pos1+3);
cout << "域名：" << url.substr(pos1+3,pos2–pos1–3)<<endl;
cout << "资源名：" << url.substr(pos2+1)<<endl;

  • += 小案例：所有空格替换成%20

//https://mp.csdn.%20%20%20%20%20%20%20net/
string s = "https://mp.csdn. net/";
string ret;
for (auto& c: s)
{
if (c != ' ')
{
ret += c;
}
else
{
ret += "%20";
}
}
cout << ret << endl;

六、string类非成员函数

6.1、operator+

在这里插入图片描述 功能：拼接字符串（不会修改原字符串） 在这里插入图片描述

尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低

6.2、operator>>和operator<<

在这里插入图片描述

operator>>功能：流提取运算符重载 operator<<功能：流插入运算符重载 在这里插入图片描述

6.3、getline

在这里插入图片描述 功能：获取一行字符串（和>>不同的是，它仅仅以换行为结束标识） 如果想读取包含空格的整行字符串，得用getline(cin, s) 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

6.4、relational operators

在这里插入图片描述 功能：大小比较，比的是ASCII 编码

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