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17.c-string字符串类详解-诺谦-博客园1

陈梦溪 2025-11-02 02:26:57

每经编辑｜陶大伟

当地时间2025-11-02,mjwysadhwejkrbdsfjhbsdvf,清纯萌妹子kiki

初识(shi)std::string：告别C语(yu)言的(de)“痛苦(ku)”，迎(ying)接现(xian)代C++的优(you)雅(ya)

在C++的(de)编程(cheng)世界里，字(zi)符(fu)串(chuan)处理无疑是一个(ge)绕不开(kai)的话(hua)题。回(hui)首C语(yu)言时(shi)代(dai)，我们面(mian)对的是char数(shu)组和(he)char指针，以及那些(xie)令人头疼的字符串函(han)数(shu)，如strcpy、strcat、strlen等(deng)等。每一次(ci)的字(zi)符串操(cao)作(zuo)，都仿(fang)佛是在走钢丝(si)，稍有(you)不慎(shen)，内存(cun)溢出、越(yue)界(jie)访问(wen)等“幽灵(ling)”便(bian)会悄然现(xian)身(shen)，让(rang)程序(xu)崩(beng)溃，让(rang)开发者(zhe)焦头烂额(e)。

数组(zu)的大(da)小(xiao)需要手(shou)动(dong)管理(li)，字符串(chuan)的拼接需(xu)要小(xiao)心翼翼(yi)地检查(cha)缓冲(chong)区，更不(bu)用(yong)说那(na)些隐(yin)藏在(zai)函数(shu)调(diao)用(yong)中的(de)潜在风险(xian)。这种(zhong)低(di)级别(bie)的内存(cun)管理(li)，无(wu)疑为复杂应用程(cheng)序的(de)开(kai)发增添(tian)了极大(da)的(de)负担(dan)。

直到(dao)C++标准库的(de)出(chu)现(xian)，std::string类才(cai)如(ru)同一股(gu)清(qing)流，彻底(di)改变了(le)我(wo)们处理字(zi)符(fu)串(chuan)的方式。它不再(zai)是简单的(de)字符(fu)数组(zu)，而是(shi)封(feng)装(zhuang)了(le)丰富的(de)成员(yuan)函数(shu)和运算符，提供(gong)了一种面(mian)向(xiang)对(dui)象、更(geng)加安(an)全、更加便(bian)捷(jie)的字符(fu)串(chuan)操(cao)作接口(kou)。可以说(shuo)，掌握std::string是迈入现(xian)代C++开发的(de)必经(jing)之路(lu)。

std::string到(dao)底是(shi)什(shen)么？简单来说，它(ta)是一(yi)个(ge)动(dong)态(tai)分配内(nei)存的类，用(yong)来(lai)存储和(he)操作(zuo)字符串(chuan)。这意味(wei)着你(ni)无(wu)需手动管理内存，std::string会在需要(yao)时自(zi)动扩(kuo)展其内部(bu)缓(huan)冲(chong)区(qu)，并(bing)在不(bu)再需要时释(shi)放(fang)内存(cun)。这(zhe)极大地减轻(qing)了开(kai)发者的(de)负(fu)担，也(ye)从根(gen)本上(shang)杜绝了许(xu)多常见的内存(cun)相关(guan)错误。

std::string的(de)基(ji)本构造与(yu)初始(shi)化：优(you)雅地开(kai)始你的(de)字符串之旅(lv)

要(yao)使用std::string，首先(xian)我(wo)们(men)需要(yao)了解(jie)如何(he)创建和(he)初(chu)始化(hua)它(ta)。这比C风(feng)格字符串的char数(shu)组要(yao)简单得多(duo)。

默认(ren)构造函(han)数：std::strings1;创建(jian)一个(ge)空字符串(chuan)。初始(shi)化为特定(ding)字符：std::strings2(10,'a');创(chuang)建一个包含(han)10个'a'字符的字符(fu)串。复(fu)制构(gou)造函(han)数：std::strings3=s1;或std::strings3(s1);创建(jian)一个与s1内容相(xiang)同的字符串。

通(tong)过C风格(ge)字符串(chuan)初始(shi)化：std::strings4="Hello,C++!";或std::strings4("Hello,C++!");这是(shi)最常用的(de)初始(shi)化方(fang)式之一，直(zhi)接(jie)将C风格(ge)字(zi)符(fu)串转(zhuan)换(huan)为std::string对象(xiang)。通过字符范围(wei)初始化：std::strings5(char_array,char_array+length);使用一(yi)段(duan)字符(fu)范(fan)围来初(chu)始(shi)化字(zi)符串(chuan)。

使用(yong)std::initializer_list：std::strings6={'H','e','l','l','o'};这(zhe)种(zhong)方式也(ye)十分(fen)便捷(jie)，直(zhi)接用(yong)字符(fu)列表(biao)初始(shi)化。

可以(yi)看(kan)到，std::string提供了多种(zhong)灵活(huo)的(de)初始化(hua)方式，让(rang)你(ni)能够(gou)根据(ju)实(shi)际需(xu)求，以最直观、最简洁的方式(shi)创建(jian)字符串(chuan)对(dui)象。

std::string的访问与操(cao)作：一(yi)切尽(jin)在(zai)掌(zhang)握之(zhi)中(zhong)

一旦我们创(chuang)建了std::string对(dui)象，接下(xia)来就(jiu)是对(dui)它进行各种(zhong)操(cao)作了(le)。std::string提供(gong)了丰富的成(cheng)员函数和运(yun)算(suan)符(fu)，使得字(zi)符串的访问(wen)和修(xiu)改(gai)变(bian)得(de)异常简单。

访问单(dan)个字符(fu)：

s[i]：使(shi)用方括号(hao)操作(zuo)符访问(wen)第(di)i个字符(fu)（0-indexed）。需(xu)要注(zhu)意的(de)是，这个操(cao)作不(bu)进行边界(jie)检查，如果(guo)索引(yin)越界(jie)，行为是未(wei)定义的。s.at(i)：使(shi)用at()成(cheng)员函(han)数(shu)访问第i个字(zi)符。这(zhe)个函(han)数会进行边界(jie)检(jian)查，如(ru)果索引越界，会抛出一(yi)个std::out_of_range异常(chang)。

因此，at()更加安(an)全。

获取字符串长度：

s.length()或(huo)s.size()：返(fan)回(hui)字(zi)符(fu)串的长(zhang)度（字(zi)符数(shu)）。这两(liang)个函(han)数功能完(wan)全相(xiang)同。

字(zi)符(fu)串(chuan)拼接(jie)：

+运算符：s1+s2返(fan)回一个(ge)新(xin)的字(zi)符串，它(ta)是s1和s2拼接的结(jie)果(guo)。+=运算(suan)符：s1+=s2将(jiang)s2追加到s1的(de)末尾(wei)，修改(gai)s1本身(shen)。append()成员函数(shu)：s1.append(s2)功能(neng)与+=类似(shi)，将(jiang)s2追(zhui)加(jia)到s1。

append还有(you)其(qi)他重(zhong)载版(ban)本，可(ke)以追加指(zhi)定数量(liang)的(de)字符(fu)，或(huo)者追(zhui)加(jia)C风格(ge)字(zi)符串的(de)一(yi)部分(fen)。

字符(fu)串(chuan)比(bi)较：

==、!=、<、<=、>、>=运算符：可(ke)以(yi)直接使(shi)用这(zhe)些运算(suan)符来比(bi)较两个std::string对(dui)象。比较是(shi)按(an)照字典(dian)序进(jin)行的。compare()成(cheng)员(yuan)函(han)数(shu)：s1.compare(s2)提供(gong)更精(jing)细的比(bi)较(jiao)功能(neng)，返回(hui)一个(ge)整(zheng)数(shu)，表示比较结果(guo)（0表示(shi)相(xiang)等，负(fu)数(shu)表示s1小于s2，正数(shu)表示(shi)s1大于s2）。

查(cha)找(zhao)子(zi)串(chuan)：

find()成(cheng)员(yuan)函数(shu)：s1.find(s2)在s1中(zhong)查找(zhao)子串(chuan)s2的第一个出现(xian)位(wei)置，返回(hui)其索(suo)引。如果未找到(dao)，则返回std::string::npos(一(yi)个(ge)特(te)殊的静(jing)态(tai)常量(liang)，表示(shi)“无位(wei)置”)。rfind()成(cheng)员函(han)数(shu)：从(cong)字符串末(mo)尾开(kai)始(shi)查(cha)找子串。

子(zi)串提(ti)取：

substr()成员(yuan)函数：s1.substr(pos,len)返(fan)回一个(ge)以(yi)pos开(kai)始，长度为(wei)len的子(zi)串(chuan)。如果len被(bei)省略，则提(ti)取(qu)从pos到(dao)字符(fu)串末尾的(de)所有字符(fu)。

这(zhe)些(xie)只是(shi)std::string冰山一角(jiao)的功(gong)能(neng)，但(dan)已经足(zu)以(yi)展现其(qi)强(qiang)大的(de)生命(ming)力。相较于(yu)C语言(yan)手(shou)动(dong)管理(li)内(nei)存(cun)和(he)繁琐(suo)的(de)函数调用，std::string的(de)出现(xian)无(wu)疑是一次(ci)革命(ming)性的(de)进步，它让(rang)字符串的(de)操(cao)作变得如此(ci)简单、直观和安(an)全，极大地(di)提升了(le)开(kai)发效率和(he)代码质量(liang)。

在接(jie)下(xia)来(lai)的part2中，我(wo)们(men)将深入探索std::string更(geng)为(wei)高级的(de)应(ying)用(yong)和一(yi)些(xie)值(zhi)得注(zhu)意的(de)细(xi)节(jie)，让你(ni)真正成为(wei)std::string的掌(zhang)控者(zhe)。

std::string的进(jin)阶技(ji)巧与内(nei)存管理：深入(ru)理解(jie)，高效(xiao)运(yun)用

在(zai)part1中(zhong)，我(wo)们领略了(le)std::string的基本(ben)魅力，它的(de)构(gou)造(zao)、访问和(he)常(chang)用操(cao)作都显(xian)得如(ru)此优(you)雅(ya)高效。std::string的(de)强(qiang)大之处远(yuan)不止(zhi)于此(ci)。深入理(li)解(jie)其背后的(de)机制，掌握一些进(jin)阶(jie)技巧(qiao)，能(neng)够帮(bang)助(zhu)我(wo)们写出更优(you)化(hua)的代(dai)码(ma)，避(bi)免(mian)潜在(zai)的(de)陷(xian)阱。

std::string的(de)内存(cun)管理(li)：动(dong)态(tai)与共(gong)享的智慧(hui)

std::string的核心优势(shi)之(zhi)一在于其自动(dong)内存(cun)管理(li)。但理解其内存分配(pei)策(ce)略(lve)，对(dui)性能优(you)化(hua)至(zhi)关(guan)重(zhong)要(yao)。

动(dong)态内(nei)存分(fen)配：当字符(fu)串(chuan)的(de)内(nei)容(rong)超过(guo)一(yi)定大(da)小时，std::string会在堆(dui)上动态分(fen)配(pei)内(nei)存来存储(chu)字符串。当(dang)字(zi)符串(chuan)对(dui)象生(sheng)命(ming)周期(qi)结(jie)束时(shi)，其析构函数会(hui)自(zi)动(dong)释(shi)放这块(kuai)内存(cun)，避免(mian)内存(cun)泄漏。

容量(liang)(Capacity)与大(da)小(Size)：

size()或length()：表(biao)示(shi)字符串当前实(shi)际存储(chu)的(de)字符(fu)数量(liang)。capacity()：表示(shi)std::string当前内(nei)部缓冲区(qu)能够容(rong)纳的(de)字符数量(liang)（不包括末尾(wei)的(de)空(kong)字(zi)符(fu)）。capacity()通常(chang)大(da)于等于size()。reserve(n)：预(yu)留至少n个(ge)字符的存储空间(jian)。

如(ru)果n大于当前容量，std::string会(hui)重新(xin)分(fen)配(pei)内存(cun)，将容量(liang)扩(kuo)展到(dao)至少n。这在(zai)频(pin)繁追加字符(fu)时非(fei)常有用，可(ke)以减(jian)少(shao)不必(bi)要的内(nei)存重新分配次(ci)数，从(cong)而提(ti)高性(xing)能。resize(n)：将字(zi)符(fu)串的大小(xiao)调整(zheng)为(wei)n。如(ru)果n小于当前(qian)大(da)小，则截断(duan)字符串；如果n大(da)于当前大(da)小，则用默(mo)认(ren)字(zi)符（通常是(shi)'\0'）填充(chong)。

shrink_to_fit()：请求std::string释放(fang)其所有未使(shi)用(yong)的内(nei)存，将(jiang)容量(liang)减小(xiao)到等于(yu)大小。这(zhe)在内存紧(jin)张的情(qing)况下很(hen)有(you)用(yong)，但(dan)可能导(dao)致后续的(de)追加操作(zuo)需(xu)要重新(xin)分配内(nei)存(cun)。

写(xie)时(shi)复(fu)制(Copy-on-Write)与(yu)小字符(fu)串(chuan)优化(hua)(SSO)：

早(zao)期(qi)的(de)std::string实现(xian)可能使用(yong)了(le)写时(shi)复(fu)制技(ji)术，即(ji)多(duo)个std::string对象(xiang)共(gong)享(xiang)同一(yi)份底(di)层数据，直到(dao)其(qi)中一个对(dui)象被(bei)修改(gai)时(shi)，才会复(fu)制(zhi)一份(fen)数据。这(zhe)可以(yi)提高某些(xie)场景下(xia)的(de)效率。现代std::string实(shi)现(xian)通常(chang)会采用小(xiao)字符(fu)串优(you)化(hua)(SSO)。

对(dui)于非(fei)常(chang)短的字符串(chuan)，它们(men)不会在(zai)堆(dui)上分配内(nei)存，而(er)是(shi)直(zhi)接将(jiang)字符(fu)数据存储(chu)在std::string对象自身(shen)的内存(cun)中，这大大减少(shao)了(le)内存分(fen)配和(he)复制的(de)开销。

理(li)解(jie)这些内存管(guan)理(li)机制，可以帮(bang)助我们(men)在(zai)编写代(dai)码(ma)时，更(geng)有(you)效地利用std::string。例(li)如(ru)，在知道(dao)字符串将要(yao)变得很大(da)时(shi)，提前(qian)使用(yong)reserve()可以显著(zhu)提高(gao)性能。

std::string的高级(ji)操(cao)作：字符串操作的瑞士军刀

除了(le)前面(mian)提(ti)到的基本(ben)操作，std::string还提(ti)供了(le)许多强(qiang)大的(de)高(gao)级功能，让字符串处(chu)理(li)更加得(de)心(xin)应(ying)手(shou)。

插入(Insert)操(cao)作：s.insert(pos,str)或(huo)s.insert(pos,c_str)可以(yi)在指(zhi)定位置(zhi)pos插入另一个(ge)字符串(chuan)str或(huo)C风(feng)格字符(fu)串c_str。删(shan)除(Erase)操(cao)作：s.erase(pos,len)删除从(cong)pos开始的(de)len个字符(fu)。

s.erase(iterator)可以(yi)删(shan)除迭代(dai)器指向(xiang)的字(zi)符(fu)。替换(huan)(Replace)操(cao)作：s.replace(pos,len,str)将从(cong)pos开始的len个(ge)字符替(ti)换(huan)为字符串(chuan)str。replace还有多(duo)种(zhong)重载(zai)形式(shi)，可以(yi)实现(xian)更(geng)灵活的(de)替换(huan)。

清空(Clear)操作：s.clear()将(jiang)字(zi)符串清空(kong)，使其成为(wei)一(yi)个空(kong)字(zi)符(fu)串。判断(duan)是否(fou)为(wei)空(Empty)：s.empty()返回true如果(guo)字符(fu)串为空，否(fou)则返回(hui)false。

std::string与(yu)C风(feng)格(ge)字符(fu)串的(de)交互(hu)：无缝转换，兼容(rong)并(bing)蓄(xu)

虽然(ran)std::string提(ti)供(gong)了现(xian)代化的接(jie)口，但(dan)与(yu)C语(yu)言的兼容性依(yi)然非常重(zhong)要。

转换为(wei)C风格字(zi)符(fu)串(chuan)：s.c_str()返(fan)回一个指(zhi)向字符(fu)串(chuan)内容的C风(feng)格字(zi)符串（constchar*）。这个(ge)返回(hui)的(de)指针的(de)有效(xiao)性与(yu)std::string对象(xiang)本身相关联(lian)，一(yi)旦std::string对(dui)象被(bei)修改(gai)或销毁(hui)，该(gai)指针(zhen)可能失效。

data()成员(yuan)函数(shu)：s.data()也是返回(hui)C风格字符串，但C++11标准后，它(ta)保证返回(hui)的(de)字(zi)符串以(yi)null终(zhong)止(zhi)（'\0'）。隐(yin)式转(zhuan)换：在很(hen)多情况下(xia)，std::string对象(xiang)可以被(bei)隐式地转(zhuan)换为(wei)C风格(ge)字(zi)符串，例(li)如在(zai)调用接受constchar*参(can)数的(de)函数时(shi)。

处理std::string的(de)注意(yi)事项：避免陷(xian)阱，提升健壮性(xing)

虽然std::string非常(chang)强大(da)，但仍(reng)有(you)一些细节需(xu)要注(zhu)意(yi)，以避免(mian)程序出(chu)现(xian)问题(ti)：

边界(jie)检查：使用(yong)[]操作(zuo)符时要特(te)别(bie)小(xiao)心，务必确(que)保索引(yin)在(zai)有效(xiao)范围(wei)内。如果(guo)需(xu)要安(an)全检(jian)查，请使用(yong)at()。std::string::npos：find()系(xi)列函数(shu)在未找(zhao)到(dao)子串(chuan)时返回std::string::npos。在(zai)进(jin)行(xing)比较(jiao)时，务(wu)必(bi)检(jian)查这个(ge)返(fan)回值(zhi)。

c_str()的有效性：c_str()返回(hui)的指(zhi)针(zhen)是(shi)临时(shi)的，不要对(dui)其进(jin)行(xing)修(xiu)改，并且要(yao)注意(yi)std::string对象何时(shi)会被(bei)修改或销(xiao)毁。性(xing)能(neng)考(kao)虑：对(dui)于频繁的字符(fu)串修改(gai)，尤(you)其是(shi)在循(xun)环(huan)中，考虑(lv)使用(yong)reserve()来优(you)化(hua)内(nei)存分配。避免在(zai)循环(huan)中频(pin)繁创(chuang)建新的std::string对(dui)象。

字(zi)符串常(chang)量：直接使用(yong)字(zi)符串字(zi)面量(liang)（如"Hello"）在一些(xie)函数中（如operator+）会隐(yin)式地(di)创建(jian)std::string对象(xiang)。

总(zong)结(jie)：std::string——现(xian)代(dai)C++开发(fa)的基石(shi)

从基础(chu)的构(gou)造、访问到(dao)高级的内(nei)存管理和交互，std::string展(zhan)现(xian)了(le)其(qi)作(zuo)为现(xian)代(dai)C++标准(zhun)库(ku)中(zhong)核心组件(jian)的(de)强大与(yu)优雅。它不仅简(jian)化了(le)字符(fu)串(chuan)操(cao)作，更(geng)从(cong)根本上(shang)提升了(le)代码的(de)安全(quan)性(xing)和(he)健壮(zhuang)性。告(gao)别(bie)C语言(yan)时(shi)代(dai)char数组的繁琐(suo)与危险，拥抱std::string带来的(de)便利与高(gao)效，是每(mei)一位C++开(kai)发者(zhe)必(bi)须掌握的技(ji)能(neng)。

通(tong)过深(shen)入理解(jie)其原理(li)和技(ji)巧，你(ni)将能(neng)够写(xie)出(chu)更(geng)具表(biao)现(xian)力、更(geng)可(ke)靠的(de)代码(ma)，在编程的(de)道(dao)路上(shang)走(zou)得更(geng)远。正如“17.c-string字(zi)符串(chuan)类(lei)(详解(jie))-诺谦-博(bo)客园”所(suo)强调(diao)的(de)，理(li)解std::string的本(ben)质，是(shi)精通C++字符(fu)串处(chu)理(li)的(de)关键一步。