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C++ String类

在C++中处理文本数据时，std::string类是一个强大而灵活的工具。相比C风格的字符数组，String类提供了更安全、更方便的字符串处理方式，无需手动管理内存，并提供了丰富的字符串操作函数。

基本概念​

std::string类定义在<string>头文件中，属于标准库的一部分。它是一个模板类std::basic_string的特化版本，专门用于处理char类型字符。

备注

在使用String类之前，需要引入相应的头文件：

cpp
#include <string>

并使用标准命名空间：

cpp
using namespace std; // 或使用std::string

String类的创建与初始化​

String对象可以通过多种方式创建和初始化：

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 默认构造函数 - 创建空字符串
    string str1;
    
    // 2. 使用字符串字面量初始化
    string str2 = "Hello";  // 赋值方式
    string str3("World");   // 构造函数方式
    
    // 3. 拷贝构造
    string str4 = str2;     // 创建str2的副本
    
    // 4. 使用重复字符创建
    string str5(5, 'A');    // 创建包含5个'A'的字符串
    
    // 5. 从C风格字符串的子串创建
    const char* cstr = "Hello World";
    string str6(cstr, 5);   // 从cstr取前5个字符
    
    // 6. 从另一个string的子串创建
    string str7 = str3.substr(0, 3); // 从str3取前3个字符
    
    cout << "str1: " << str1 << endl;
    cout << "str2: " << str2 << endl;
    cout << "str3: " << str3 << endl;
    cout << "str4: " << str4 << endl;
    cout << "str5: " << str5 << endl;
    cout << "str6: " << str6 << endl;
    cout << "str7: " << str7 << endl;
    
    return 0;
}

输出：

str1: 
str2: Hello
str3: World
str4: Hello
str5: AAAAA
str6: Hello
str7: Wor

String类的基本操作​

字符串长度和容量​

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str = "Hello World";
    
    cout << "字符串: " << str << endl;
    cout << "长度: " << str.length() << endl;     // 11
    cout << "大小: " << str.size() << endl;       // 11 (与length相同)
    cout << "容量: " << str.capacity() << endl;   // 至少11，但可能更大
    cout << "最大大小: " << str.max_size() << endl; // 系统允许的最大字符串大小
    cout << "是否为空: " << (str.empty() ? "是" : "否") << endl; // 否
    
    return 0;
}

字符访问​

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str = "Hello";
    
    // 使用[]运算符访问 (不进行边界检查)
    cout << "str[0] = " << str[0] << endl;  // H
    
    // 使用at()方法访问 (会进行边界检查)
    try {
        cout << "str.at(1) = " << str.at(1) << endl;  // e
        cout << "str.at(10) = " << str.at(10) << endl; // 越界，会抛出异常
    } catch (const out_of_range& e) {
        cout << "越界访问: " << e.what() << endl;
    }
    
    // 首尾字符访问
    cout << "首字符: " << str.front() << endl;  // H
    cout << "尾字符: " << str.back() << endl;   // o
    
    return 0;
}

字符串修改​

赋值与连接​

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str1 = "Hello";
    string str2 = "World";
    
    // 赋值
    string str3;
    str3 = str1;
    cout << "str3 = " << str3 << endl;  // Hello
    
    // 连接运算符
    string str4 = str1 + " " + str2;
    cout << "str4 = " << str4 << endl;  // Hello World
    
    // append方法
    string str5 = "Hello";
    str5.append(" ");
    str5.append(str2);
    cout << "str5 = " << str5 << endl;  // Hello World
    
    // += 运算符
    string str6 = "Hello";
    str6 += " " + str2;
    cout << "str6 = " << str6 << endl;  // Hello World
    
    return 0;
}

插入与擦除​

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str = "Hello World";
    
    // 插入字符串
    str.insert(5, " Beautiful");
    cout << "插入后: " << str << endl;  // Hello Beautiful World
    
    // 擦除部分内容
    str.erase(5, 10); // 从位置5开始，擦除10个字符
    cout << "擦除后: " << str << endl;  // Hello World
    
    // 替换部分内容
    str.replace(6, 5, "C++");
    cout << "替换后: " << str << endl;  // Hello C++
    
    return 0;
}

字符串查找与比较​

查找操作​

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str = "Hello World! Welcome to C++ programming.";
    
    // 查找子串的位置
    size_t pos = str.find("World");
    if (pos != string::npos) {
        cout << "'World'在位置: " << pos << endl;  // 6
    }
    
    // 从特定位置开始查找
    pos = str.find("o", 5);
    if (pos != string::npos) {
        cout << "从位置5开始，'o'首次出现在: " << pos << endl;  // 7
    }
    
    // 从右向左查找
    pos = str.rfind("o");
    if (pos != string::npos) {
        cout << "'o'最后出现在: " << pos << endl;  // 某个位置，取决于实际字符串
    }
    
    // 查找字符集中的任意字符
    pos = str.find_first_of("aeiou");
    if (pos != string::npos) {
        cout << "第一个元音字母在: " << pos << endl;  // 1 (e in Hello)
    }
    
    // 查找不在字符集中的第一个字符
    pos = str.find_first_not_of("Hello ");
    if (pos != string::npos) {
        cout << "首个不属于\"Hello \"的字符在: " << pos << endl;  // 6 (W in World)
    }
    
    return 0;
}

字符串比较​

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str1 = "apple";
    string str2 = "banana";
    string str3 = "apple";
    
    // 使用比较运算符
    if (str1 == str3) {
        cout << "str1等于str3" << endl;  // 会输出
    }
    
    if (str1 != str2) {
        cout << "str1不等于str2" << endl;  // 会输出
    }
    
    if (str1 < str2) {
        cout << "str1小于str2" << endl;  // 会输出 (按字典序比较)
    }
    
    // 使用compare方法
    int result = str1.compare(str2);
    if (result < 0) {
        cout << "str1小于str2" << endl;  // 会输出
    } else if (result > 0) {
        cout << "str1大于str2" << endl;
    } else {
        cout << "str1等于str2" << endl;
    }
    
    // 比较子串
    if (str1.compare(0, 2, str2, 0, 2) < 0) {
        cout << "str1的前2个字符小于str2的前2个字符" << endl;
    }
    
    return 0;
}

字符串转换​

数值转换​

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 字符串转换为数值
    string str_int = "123";
    string str_float = "123.456";
    
    int i = stoi(str_int);
    float f = stof(str_float);
    double d = stod(str_float);
    
    cout << "转换后的整数: " << i << endl;
    cout << "转换后的浮点数(float): " << f << endl;
    cout << "转换后的浮点数(double): " << d << endl;
    
    // 数值转换为字符串
    int num = 456;
    double dbl = 456.789;
    
    string str_from_int = to_string(num);
    string str_from_dbl = to_string(dbl);
    
    cout << "整数转字符串: " << str_from_int << endl;
    cout << "浮点数转字符串: " << str_from_dbl << endl;
    
    return 0;
}

大小写转换​

C++标准库没有直接提供字符串的大小写转换函数，但我们可以使用算法库：

cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main() {
    string str = "Hello World";
    string lower_str = str;
    string upper_str = str;
    
    // 转换为小写
    transform(lower_str.begin(), lower_str.end(), lower_str.begin(), 
              [](unsigned char c){ return tolower(c); });
              
    // 转换为大写
    transform(upper_str.begin(), upper_str.end(), upper_str.begin(), 
              [](unsigned char c){ return toupper(c); });
              
    cout << "原始字符串: " << str << endl;
    cout << "小写: " << lower_str << endl;
    cout << "大写: " << upper_str << endl;
    
    return 0;
}

实际应用案例​

案例1: 简单文本编辑器​

这个简单的文本编辑器允许用户输入、添加、修改和查找文本：

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string text;
    string command;
    
    cout << "简易文本编辑器\n";
    cout << "命令: add (添加文本), find (查找文本), replace (替换文本), display (显示文本), exit (退出)\n";
    
    while (true) {
        cout << "\n输入命令: ";
        cin >> command;
        
        if (command == "add") {
            string input;
            cout << "输入要添加的文本: ";
            cin.ignore();  // 忽略之前的换行符
            getline(cin, input);
            
            if (!text.empty()) {
                text += " ";
            }
            text += input;
            cout << "文本已添加。\n";
        }
        else if (command == "find") {
            string search;
            cout << "输入要查找的文本: ";
            cin >> search;
            
            size_t pos = text.find(search);
            if (pos != string::npos) {
                cout << "找到'" << search << "'，位置: " << pos << "\n";
            } else {
                cout << "未找到'" << search << "'。\n";
            }
        }
        else if (command == "replace") {
            string old_text, new_text;
            cout << "输入要替换的文本: ";
            cin >> old_text;
            cout << "输入新文本: ";
            cin >> new_text;
            
            size_t pos = 0;
            int count = 0;
            while ((pos = text.find(old_text, pos)) != string::npos) {
                text.replace(pos, old_text.length(), new_text);
                pos += new_text.length();
                count++;
            }
            
            cout << "替换了" << count << "处文本。\n";
        }
        else if (command == "display") {
            if (text.empty()) {
                cout << "文本为空。\n";
            } else {
                cout << "当前文本: " << text << "\n";
            }
        }
        else if (command == "exit") {
            cout << "退出编辑器。\n";
            break;
        }
        else {
            cout << "无效命令。\n";
        }
    }
    
    return 0;
}

案例2: 单词计数器​

这个程序统计输入文本中的单词数量：

cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    string text;
    cout << "输入一段文本 (Ctrl+D结束): " << endl;
    
    // 读取多行文本
    string line;
    while (getline(cin, line)) {
        text += line + " ";
    }
    
    // 统计单词
    map<string, int> wordCount;
    stringstream ss(text);
    string word;
    
    int totalWords = 0;
    while (ss >> word) {
        // 移除标点符号
        if (!word.empty() && ispunct(word.back())) {
            word.pop_back();
        }
        
        // 转换为小写
        transform(word.begin(), word.end(), word.begin(), 
                 [](unsigned char c){ return tolower(c); });
                 
        if (!word.empty()) {
            wordCount[word]++;
            totalWords++;
        }
    }
    
    // 输出结果
    cout << "\n单词统计结果:\n";
    cout << "总单词数: " << totalWords << endl;
    cout << "不同单词数: " << wordCount.size() << endl;
    cout << "\n频率最高的5个单词:\n";
    
    // 将单词按频率排序
    multimap<int, string, greater<int>> sortedWords;
    for (const auto& pair : wordCount) {
        sortedWords.insert({pair.second, pair.first});
    }
    
    // 输出前5个高频单词
    int count = 0;
    for (const auto& pair : sortedWords) {
        if (count++ >= 5) break;
        cout << pair.second << ": " << pair.first << " 次\n";
    }
    
    return 0;
}

总结​

C++ String类是一个强大且灵活的字符串处理工具，相比C风格字符串有很多优势：

  1. 自动内存管理: 不需要担心缓冲区溢出或内存泄露
  2. 丰富的操作函数: 提供了大量方便的字符串操作函数
  3. 类型安全: 提供了类型检查和异常处理
  4. 标准库集成: 可以与其他标准库组件无缝协作

在C++中处理文本数据时，String类应该是你的首选。它不仅能简化代码，还能提高程序的安全性和可靠性。

练习​

  1. 编写一个程序，将用户输入的字符串反转并输出。
  2. 实现一个函数，统计一个字符串中元音字母的数量。
  3. 编写一个程序，检查输入的两个字符串是否互为回文（例如"abc"和"cba"）。
  4. 实现一个函数，将一个句子中的单词顺序反转（例如"Hello World"变为"World Hello"）。
  5. 编写一个程序，从用户输入的文本中移除所有数字字符。
学习建议

学习String类时，建议多多实践，尝试不同的字符串操作。查阅C++参考文档以了解更多String类的成员函数和用法。最后，记得在实际项目中使用String类替代C风格字符串，以获得更安全、更方便的字符串处理体验。