C++ 中的 string
std::string 是 C++ Standard Library 提供的标准类之一，这也是 C++ 开发中最常用的类之一，它本质上是对 C 风格字符串（char*）的封装，提供了自动内存管理和丰富的操作接口。
核心概念
std::string 位于 <string> 头文件中，本质上是对 std::basic_string<char> 的特化版本。
- 头文件：
#include <string> - 命名空间：
std - 特点：动态管理内存，自动处理扩容，兼容 C 风格字符串。
初始化与构造
#include <string>
#include <vector>
std::string s1; // 默认构造，空字符串 ""
std::string s2 = "Hello, World"; // 拷贝初始化
std::string s3("Hello, World"); // 直接初始化
std::string s4(5, 'A'); // 生成 "AAAAA"
std::string s5(s2); // 拷贝构造
std::string s6(s2, 1, 3); // 子串构造：从索引 1 开始取 3 个字符 -> "ell"
// C++11 及以后
std::string s7 = {'H', 'i'}; // 列表初始化
容量与属性
了解容量对于优化性能至关重要，特别是避免不必要的内存重分配。
| 函数 | 说明 | 备注 |
|---|---|---|
size() / length()
|
返回字符数量 | 两者完全等价，一般用 size()
|
empty() |
判断是否为空 | 推荐使用，比 size() == 0 语义更清晰 |
capacity() |
当前分配的内存容量 | 通常 >=size()
|
reserve(n) |
预分配 n 字节内存 |
避免 append 时的多次内存重分配 |
shrink_to_fit() |
释放多余内存（C++11） | 让 capacity 接近 size
|
元素访问与遍历
访问单个字符
-
operator[]：s[i]。不检查越界，效率高，但越界为导致未定义行为。 -
at()：s.at[i]。检查越界，越界会抛出std::out_of_range异常。 -
front()/back()：访问首尾字符。
C 风格字符串
-
c_str()：返回const char*，以NULL结尾。主要用于兼容旧式 C 接口（如printf）。 -
data()：C++11 前不保证NULL结尾，C++11 后与c_str()基本一致。
遍历
std::string s = "Hello, World";
// 1. 基于下标
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) { /* ... */ }
// 2. 基于迭代器
for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++i) { /* ... */}
// 3. 基于范围 for 循环（C++11，推荐）
for (char c: s) { /* ... */ } // 值拷贝
for (char& c: s) { c = toupper(c) } // 引用修改
修改与操作
| 操作 | 函数 | 示例 |
|---|---|---|
| 追加 |
+=、append()、push_back()
|
s += " World" |
| 插入 | insert(pos, str) |
s.insert(0, "Hi ") |
| 删除 | erase(pos, len), pop_back() |
s.erase(0, 3) |
| 替换 | replace(pos, len, str) |
s.replace(6, 5, "C++") |
| 清空 | clear() |
把 size 设置为 0，capacity 通常不变 |
| 截断/扩充 | resize(n) |
改变 size，多出的补默认值 |
查找与子串
所有查找函数如果未找到，都会返回常量 std::string::npos（通常是 -1 的无符号形式，即最大的 size_t()）。
std::string = "filename.txt";
// 1. 查找 find
size_t pos = s.find(".");
if (pos != std::string::npos) {
// 找到了
}
// 2. 反向查找 rfind（找最后一个出现的位置）
size_t last_dot = s.rfind(".");
// 3. 查找集合 find_first_of / find_first_not_of
// 查找第一个出现的元音字母
size_t v_pos = s.find_first_of("aeiou");
// 4. 获取子串 substr
// 参数：substr(开始位置, 长度)
std::string name = s.substr(0, pos); // "filename"
std::string ext = s.substr(pos + 1); // "txt"（省略长度则取到末尾）
类型转换
需要包含头文件 <string>。
数值转字符串 std::to_string(value)
std::string s = std::to_string(3.14); // "3.140000"
字符串转数值
-
std::stoi(s)：int -
std::stol(s)：long -
std::stod(s)：double - 注意：这些函数会处理前导空格，但遇到非法字符会抛异常
现代化特性
C++17：std::string_view
std::string 是 “拥有者”，其拷贝开销大。std::string_view 只是一个 “观察者”（包含指针和长度），零拷贝。
函数参数尽量使用 std::string_view 代替 const std::string&，特别是当你只需要读取字符串内容时。
// 避免了临时 std::string 对象的构造和内存分配
void print_prefix(std::string_view sv) {
i f(sv.substr(0, 3) == "Pre") { // substr 也是 O(1) 操作
// ...
}
}
C++20
填补了长期以来 C++ std::string 缺少高频接口的遗憾：
-
s.starts_with("prefix")：判断前缀 -
s.ends_with("suffix")：判断后缀 -
s.contains("sub")：判断包含
底层原理
SSO（Small String Optimization）
原理：为了避免短字符串频繁的堆内存分配（Heap Allocation），std::string 内部通常有一个小的栈缓冲区（通常 15 或 22 字节，取决于编译器实现）。
效果：
- 如果字符串很短（例如：
"Hello"），直接存放在栈上对象内部，无malloc，速度极快。 - 如果字符串变长，才会在堆上分配内存，指针指向堆。
COW（Copy-On-Write）
在 C++11 之后已被废弃。现在的标准规定 std::string 不允许使用 COW。这意味着 std::string a = b; 一定会发生深拷贝（除非使用 std::move）。
最佳实践
参数传递
- 只读不拥有：C++17 前用
const std::string&，C++17 后优先用std::string_view。 - 需要修改：用
std::string&。 - 需要拥有权（Sink）：可以直接传值
std::string并配合std::move。
性能优化
- 在循环中追加字符串前，先用
reserve()预留空间（写在循环之前）。 - 尽量避免在循环内部频繁构造
std::string。 - 换行符优先用
\n而不是std::endl（除非你需要立即刷新缓冲区）。
安全性
- 永远不要对
c_str()返回的指针进行delete操作。 - 当
string对象被修改或销毁后，之前获取的 iterators、references 和 pointers（如c_str()的结果）可能会失效。
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