C++ 字符串类深入 - L23 进阶概念

📚 string类概述

为什么需要string类？

C++的string类是一个功能强大的字符串处理工具，比C语言的字符数组更加安全和方便。

✅ 自动管理内存：无需担心缓冲区溢出
✅ 动态大小：可以随意增长和缩小
✅ 丰富的方法：查找、替换、截取等
✅ 运算符重载：支持+、==、<等操作
✅ 类型安全：编译时检查类型

💡 char数组 vs string类：
• char str[] = "Hello"：固定大小，手动管理
• string str = "Hello"：动态大小，自动管理
• 现代C++编程推荐使用string类

string的多种初始化方式

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

int main() {
    // 方式1：直接初始化
    string str1 = "Hello";
    
    // 方式2：构造函数初始化
    string str2("World");
    
    // 方式3：空字符串
    string str3;
    
    // 方式4：重复字符
    string str4(5, '*');  // "*****"
    
    // 方式5：从另一个字符串复制
    string str5 = str1;
    
    // 方式6：从子串构造
    string str6 = str1.substr(0, 3);  // "Hel"
    
    cout << "str1: " << str1 << endl;
    cout << "str2: " << str2 << endl;
    cout << "str3: " << str3 << "(空)" << endl;
    cout << "str4: " << str4 << endl;
    cout << "str5: " << str5 << endl;
    cout << "str6: " << str6 << endl;
    
    return 0;
}

string的基本属性

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

int main() {
    string str = "Hello, World!";
    
    // 获取长度
    cout << "长度：" << str.length() << endl;      // 13
    cout << "大小：" << str.size() << endl;         // 13
    
    // 判断是否为空
    cout << "是否为空：" << str.empty() << endl;   // 0 (false)
    
    // 访问字符（两种方式）
    cout << "第一个字符：" << str[0] << endl;     // H
    cout << "第一个字符：" << str.at(0) << endl;   // H
    
    // at()会进行边界检查，更安全
    // str.at(100);  // 抛出异常
    // str[100];     // 未定义行为
    
    return 0;
}

⚙️ 字符串基本操作

字符串拼接

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

int main() {
    string firstName = "张";
    string lastName = "三";
    
    // 方式1：使用 + 运算符
    string fullName = firstName + lastName;
    cout << "姓名：" << fullName << endl;  // 张三
    
    // 方式2：使用 += 运算符
    string greeting = "你好，";
    greeting += fullName;
    greeting += "！";
    cout << greeting << endl;  // 你好，张三！
    
    // 方式3：使用 append() 方法
    string sentence = "I love ";
    sentence.append("C++");
    sentence.append(" programming");
    cout << sentence << endl;  // I love C++ programming
    
    // 方式4：拼接数字（需要先转换）
    int age = 18;
    string info = "年龄：" + to_string(age);
    cout << info << endl;  // 年龄：18
    
    return 0;
}

字符串比较

#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
    cout << boolalpha;  // 显示true/false而不是1/0
    cout << "str1 == str3: " << (str1 == str3) << endl;  // true
    cout << "str1 != str2: " << (str1 != str2) << endl;  // true
    cout << "str1 < str2: " << (str1 < str2) << endl;     // true (字典序)
    cout << "str1 > str2: " << (str1 > str2) << endl;     // false
    
    // 使用 compare() 方法
    // 返回值：0表示相等，负数表示小于，正数表示大于
    cout << "str1.compare(str2): " << str1.compare(str2) << endl;  // 负数
    cout << "str1.compare(str3): " << str1.compare(str3) << endl;  // 0
    
    return 0;
}

字符串遍历

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

int main() {
    string str = "Hello";
    
    // 方式1：传统for循环
    cout << "方式1：";
    for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
        cout << str[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    
    // 方式2：范围for循环（C++11）
    cout << "方式2：";
    for (char c : str) {
        cout << c << " ";
    }
    cout << endl;
    
    // 方式3：迭代器
    cout << "方式3：";
    for (auto it = str.begin(); it != str.end(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    
    return 0;
}

🎮 互动实验：字符串操作演示

输入两个字符串，查看各种操作的结果

字符串1：字符串2：

输入字符串后点击"演示操作"...

🛠️ 常用字符串方法

查找方法（find系列）

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

int main() {
    string str = "Hello, World! Hello, C++!";
    
    // find()：查找第一次出现的位置
    size_t pos1 = str.find("Hello");
    cout << "第一次'Hello'位置：" << pos1 << endl;  // 0
    
    // 从指定位置开始查找
    size_t pos2 = str.find("Hello", 5);
    cout << "第二次'Hello'位置：" << pos2 << endl;  // 14
    
    // 查找失败返回 string::npos
    size_t pos3 = str.find("Python");
    if (pos3 == string::npos) {
        cout << "'Python'未找到" << endl;
    }
    
    // rfind()：从后往前查找
    size_t pos4 = str.rfind("Hello");
    cout << "最后一次'Hello'位置：" << pos4 << endl;  // 14
    
    // find_first_of()：查找任意一个字符
    string vowels = "aeiouAEIOU";
    size_t pos5 = str.find_first_of(vowels);
    cout << "第一个元音字母位置：" << pos5 << endl;  // 1 (e)
    
    return 0;
}

截取和替换

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

int main() {
    string str = "Hello, World!";
    
    // substr()：截取子字符串
    string sub1 = str.substr(0, 5);      // "Hello"
    string sub2 = str.substr(7);           // "World!"
    cout << "sub1: " << sub1 << endl;
    cout << "sub2: " << sub2 << endl;
    
    // replace()：替换子字符串
    string str2 = "I like Java";
    str2.replace(7, 4, "C++");  // 从位置7开始，替换4个字符
    cout << str2 << endl;  // "I like C++"
    
    // insert()：插入字符串
    string str3 = "Hello!";
    str3.insert(5, ", World");
    cout << str3 << endl;  // "Hello, World!"
    
    // erase()：删除字符
    string str4 = "Hello, World!";
    str4.erase(5, 7);  // 从位置5开始，删除7个字符
    cout << str4 << endl;  // "Hello!"
    
    return 0;
}

大小写转换

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

int main() {
    string str = "Hello, World!";
    
    // 转大写
    string upper = str;
    transform(upper.begin(), upper.end(), upper.begin(), ::toupper);
    cout << "大写：" << upper << endl;  // "HELLO, WORLD!"
    
    // 转小写
    string lower = str;
    transform(lower.begin(), lower.end(), lower.begin(), ::tolower);
    cout << "小写：" << lower << endl;  // "hello, world!"
    
    // 首字母大写
    string title = "hello world";
    if (!title.empty()) {
        title[0] = toupper(title[0]);
    }
    cout << "标题格式：" << title << endl;  // "Hello world"
    
    return 0;
}

🎯 字符串工具箱

选择要执行的操作

输入字符串：

选择操作查看结果...

🚀 高级字符串处理

字符串分割

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <sstream>
using namespace std;

// 方法1：使用stringstream
vector<string> split1(string str, char delimiter) {
    vector<string> tokens;
    stringstream ss(str);
    string token;
    
    while (getline(ss, token, delimiter)) {
        tokens.push_back(token);
    }
    
    return tokens;
}

// 方法2：使用find和substr
vector<string> split2(string str, string delimiter) {
    vector<string> tokens;
    size_t pos = 0;
    string token;
    
    while ((pos = str.find(delimiter)) != string::npos) {
        token = str.substr(0, pos);
        tokens.push_back(token);
        str.erase(0, pos + delimiter.length());
    }
    tokens.push_back(str);
    
    return tokens;
}

int main() {
    string csv = "apple,banana,cherry,date";
    
    cout << "方法1分割结果：";
    vector<string> result1 = split1(csv, ',');
    for (const auto& s : result1) {
        cout << s << " ";
    }
    cout << endl;
    
    string path = "usr/local/bin/python";
    cout << "方法2分割结果：";
    vector<string> result2 = split2(path, "/");
    for (const auto& s : result2) {
        cout << s << " ";
    }
    cout << endl;
    
    return 0;
}

字符串与数字转换

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

int main() {
    // 字符串转数字
    string str1 = "123";
    string str2 = "45.67";
    string str3 = "FF";
    
    int num1 = stoi(str1);           // 123
    double num2 = stod(str2);        // 45.67
    int num3 = stoi(str3, nullptr, 16);  // 255 (十六进制)
    
    cout << "stoi(\"123\"): " << num1 << endl;
    cout << "stod(\"45.67\"): " << num2 << endl;
    cout << "stoi(\"FF\", 16): " << num3 << endl;
    
    // 数字转字符串
    string str4 = to_string(456);
    string str5 = to_string(78.9);
    
    cout << "to_string(456): " << str4 << endl;
    cout << "to_string(78.9): " << str5 << endl;
    
    return 0;
}

实际应用：文本处理

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

// 统计单词数量
int countWords(string text) {
    stringstream ss(text);
    string word;
    int count = 0;
    
    while (ss >> word) {
        count++;
    }
    
    return count;
}

// 判断回文（忽略空格和大小写）
bool isPalindrome(string str) {
    // 转小写并移除空格
    string cleaned;
    for (char c : str) {
        if (c != ' ') {
            cleaned += tolower(c);
        }
    }
    
    // 双指针判断
    int left = 0, right = cleaned.length() - 1;
    while (left < right) {
        if (cleaned[left] != cleaned[right]) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    
    return true;
}

int main() {
    string sentence = "Hello World C++ Programming";
    cout << "单词数量：" << countWords(sentence) << endl;  // 4
    
    string palindrome = "A man a plan a canal Panama";
    cout << "是否回文：" << boolalpha << isPalindrome(palindrome) << endl;  // true
    
    return 0;
}

📝 实战练习

📝 理解测试

以下代码的输出是什么？

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

int main() {
    string str = "Hello";
    str.insert(2, "XX");
    cout << str << endl;
    return 0;
}

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💻 综合挑战

题目：编写一个程序，实现以下功能：
1. 输入一段英文文本
2. 统计每个单词出现的次数
3. 找出出现次数最多的单词
4. 将所有单词按字母顺序排序并输出

点击"生成代码框架"查看提示...