C++ 字符串迭代

什么是字符串迭代？

在C++编程中，"迭代"指的是依次访问容器中的每一个元素的过程。对于字符串而言，迭代就是逐一访问字符串中的每个字符。C++提供了多种方法来迭代字符串，从传统的索引访问到现代C++的迭代器和范围循环，每种方法都有其特点和适用场景。

了解字符串迭代对于执行字符级操作（如字符计数、字符替换或字符串处理）至关重要。

基本的字符串迭代方法

使用索引的传统方法

最基本的字符串迭代方法是使用索引和循环。由于std::string支持通过索引访问单个字符，我们可以使用for循环来遍历字符串。

cpp
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string greeting = "Hello, C++!";
    
    // 使用索引迭代字符串
    for (int i = 0; i < greeting.length(); i++) {
        std::cout << "字符 " << i << ": " << greeting[i] << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

输出：

字符 0: H
字符 1: e
字符 2: l
字符 3: l
字符 4: o
字符 5: ,
字符 6:  
字符 7: C
字符 8: +
字符 9: +
字符 10: !

备注

std::string可以使用[]运算符或.at()方法访问单个字符。不同之处在于，.at()方法在索引超出范围时会抛出异常，而[]运算符可能导致未定义行为。

使用迭代器

迭代器是C++标准库提供的一种更通用的机制，用于遍历容器元素。std::string类提供了begin()和end()方法，返回指向字符串第一个字符和最后一个字符之后位置的迭代器。

cpp
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string greeting = "Hello, C++!";
    
    // 使用迭代器
    std::string::iterator it;
    for (it = greeting.begin(); it != greeting.end(); ++it) {
        std::cout << *it;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

Hello, C++!

现代C++中的字符串迭代

使用范围for循环（C++11及以后）

C++11引入了范围for循环，这是一种更简洁、更可读的迭代方式。

cpp
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string greeting = "Hello, C++!";
    
    // 使用范围for循环
    for (char c : greeting) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

Hello, C++!

使用auto关键字简化代码

现代C++推荐使用auto关键字来自动推导变量类型，使代码更加简洁。

cpp
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string greeting = "Hello, C++!";
    
    // 使用auto和迭代器
    for (auto it = greeting.begin(); it != greeting.end(); ++it) {
        std::cout << *it;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 使用auto和范围for循环
    for (auto c : greeting) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

两种方式的输出都是：

Hello, C++!
Hello, C++!

字符串迭代时的修改

通过引用修改字符

如果需要修改字符串中的字符，可以使用引用：

cpp
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string text = "hello, world";
    
    // 将所有小写字母转换为大写
    for (char& c : text) {
        if (c >= 'a' && c <= 'z') {
            c = c - 32;  // ASCII中大写字母与小写字母差32
        }
    }
    
    std::cout << "转换后的字符串: " << text << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

转换后的字符串: HELLO, WORLD

使用迭代器修改字符串

迭代器也可以用来修改字符串：

cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>  // 包含transform算法

int main() {
    std::string text = "hello, c++";
    
    // 使用迭代器和transform算法转换为大写
    std::transform(text.begin(), text.end(), text.begin(), 
        [](unsigned char c){ return std::toupper(c); });
    
    std::cout << "转换后的字符串: " << text << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

转换后的字符串: HELLO, C++

反向迭代

有时我们需要从后往前遍历字符串，C++提供了反向迭代器：

cpp
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string greeting = "Hello, C++!";
    
    std::cout << "正向遍历: ";
    for (auto c : greeting) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    std::cout << "反向遍历: ";
    for (auto it = greeting.rbegin(); it != greeting.rend(); ++it) {
        std::cout << *it;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

正向遍历: Hello, C++!
反向遍历: !++C ,olleH

实际应用场景

统计字符出现次数

cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

int main() {
    std::string text = "Hello, this is a sample text for character counting.";
    std::map<char, int> charCount;
    
    // 统计每个字符出现的次数
    for (char c : text) {
        charCount[c]++;
    }
    
    // 显示统计结果
    std::cout << "字符统计结果:" << std::endl;
    for (const auto& pair : charCount) {
        std::cout << "'" << pair.first << "': " << pair.second << " 次" << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

输出（部分）：

字符统计结果:
' ': 10 次
',': 1 次
'.': 1 次
'H': 1 次
'a': 3 次
'c': 4 次
...

回文检测

回文是指正向和反向读都相同的单词或短语。

cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>

bool isPalindrome(const std::string& str) {
    std::string cleanStr;
    
    // 移除所有非字母字符并转换为小写
    for (char c : str) {
        if (isalpha(c)) {
            cleanStr.push_back(tolower(c));
        }
    }
    
    // 检查清理后的字符串是否是回文
    int left = 0;
    int right = cleanStr.length() - 1;
    
    while (left < right) {
        if (cleanStr[left] != cleanStr[right]) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    
    return true;
}

int main() {
    std::string test1 = "A man, a plan, a canal: Panama";
    std::string test2 = "race a car";
    
    std::cout << "\"" << test1 << "\" 是回文吗? " 
              << (isPalindrome(test1) ? "是" : "否") << std::endl;
              
    std::cout << "\"" << test2 << "\" 是回文吗? " 
              << (isPalindrome(test2) ? "是" : "否") << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

"A man, a plan, a canal: Panama" 是回文吗? 是
"race a car" 是回文吗? 否

迭代性能考虑

不同的迭代方法在性能上可能有细微差异：

索引访问: 通常效率较高，尤其是在优化的环境中。
迭代器: 设计用于通用容器访问，可能比直接索引稍慢。
范围for循环: 现代编译器通常会优化这种形式，使其接近或等同于索引访问的性能。

提示

对于大多数日常应用，选择最清晰、最可维护的迭代方式更为重要，因为编译器优化通常会抹平微小的性能差异。

总结

字符串迭代是C++字符串处理的基础技能，掌握不同的迭代方法可以帮助你更高效地处理文本数据。主要迭代方式包括：

通过索引和for循环迭代
使用迭代器（包括反向迭代器）
使用现代C++的范围for循环

每种方法都有其适用场景，熟练掌握这些技术将使你的字符串处理代码更加高效、简洁和可读。

练习

编写一个程序，统计一个字符串中元音字母的数量。
实现一个函数，将字符串中的每个单词首字母大写。
使用迭代器编写一个函数，将字符串反转（不使用标准库的reverse函数）。
实现一个简单的字符串加密算法，将每个字符替换为其ASCII值加1的字符。
编写一个程序，检查两个字符串是否互为字母异位词（包含相同的字符但顺序可能不同）。

通过这些练习，你将加深对C++字符串迭代的理解，并提升字符串处理能力。

什么是字符串迭代？​

基本的字符串迭代方法​

使用索引的传统方法​

使用迭代器​

现代C++中的字符串迭代​

使用范围for循环（C++11及以后）​

使用auto关键字简化代码​

字符串迭代时的修改​

通过引用修改字符​

使用迭代器修改字符串​

反向迭代​

实际应用场景​

统计字符出现次数​

回文检测​

迭代性能考虑​

总结​

练习​