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『 C++入門到放棄 』- string

news 2025/7/6 15:48:31

C++ 學習筆記 - string

一、什麼是string ?

  • string 是 C++ 中標準函數庫中的一個類，其包含在 中

  • 該類封裝了C語言中字符串操作，提供內存管理自動化與更多的操作

  • 支持複製、比較、插入、刪除、查找等功能

二、常用接口整理

類別常用方法 / 說明
建立與指定std::string s = "hello";
長度s.size()、s.length()
存取s[0]、s.at(0)（有邊界檢查）
新增s.push_back('!')、s.append(" world")
插入s.insert(5, "123")
刪除s.erase(3, 2)
擷取s.substr(0, 5)
查找s.find("abc")、s.rfind("abc")
清空s.clear()
比較==, !=, <, >, compare()
C 字串轉換s.c_str()

三、與 C-Style 字符串比較

項目C-style (char*)C++ string (std::string)
結尾需手動補上 \0自動管理
長度需用 strlen()size() 即可
記憶體管理自行分配與釋放自動處理
易出錯高（溢位、未終止）低（有邊界檢查）
與 C API 相容原生透過 c_str() 支援

c_str()的使用範例

std::string s = "data.txt";
FILE* fp = fopen(s.c_str(), "r"); // 將 string 轉為 const char*
// c_str() 回傳 const char*，供 C 語言函數（如 fopen, printf, strcpy）使用

*注意事項

  • s[999] → 未檢查邊界會造成未定行為（undefined behavior）
  • c_str() 回傳值不可修改
  • erase() 或 insert() 修改後會讓舊的指標失效（如 iterator 或 c_str()）

四、String 類模擬實現

1. 成員變量和 typedef
size_t _size;        // 實際字串長度
size_t _capacity;    // 分配空間大小
char* _str;          // C-style 字串
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
static size_t npos;  // 用來表示無法找到的位置（類似 STL 的 string::npos）
// 靜態變量 類內聲明 類外定義
size_t string::npos = -1;
2. 構造、析構、拷貝
// 構造函數
string(const char *str = "") // 带参
{_size = strlen(str);_capacity = strlen(str);_str = new char[_capacity + 1];// strcpy(_str, str);memcpy(_str, str, _size + 1);/*
之所以使用memcpy而不是strcpy是因爲strcpy只會複製'/0'之前的的字符 如果字符串是一個沒有'/0'的字符串則會有越界的問題
*/
}// 析構函數
~string()
{delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;
}// 拷貝構造函數string(const string& s): _str(new char[strlen(s._str) + 1]) {strcpy(_str, s._str);}
3. 迭代器
// iterator
iterator begin()
{return _str; // 返回首元素的地址
}
iterator end()
{return _str + _size; // 返回首元素的地址 + 有多少個元素
}// const_iterator
const_iterator begin() const
{return _str;
}
const_iterator end() const
{return _str + _size;
}
4. 內存管理
void reserve(size_t n) // 多少有效字符的空間 假設要10個有效字符會開11個空間
{if (n > _capacity){char *tmp = new char[n + 1];// strcpy(tmp, _str);memcpy(tmp, _str, _size + 1);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}
}
void resize(size_t n, char ch = '\0') 
{if (n < _size){_size = n;_str[_size] = '\0';}else{reserve(n);for (size_t i = _size; i < n; ++i){_str[i] = ch;}_size = n;_str[_size] = '\0';}
}
5. 增刪查改 ( 函數接口 )
void push_back(char ch)
{if (_capacity == _size){// 2倍擴容reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);}_str[_size] = ch;++_size;_str[_size] = '\0';
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
void append(const char *str)
{size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){// 至少擴容至 _size + lenreserve(_size + len);}// strcpy(_str + _size, str); // strcpy 會把字符串的'\0'一起拷貝過去memcpy(_str + _size, str, len + 1);_size += len;
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
// insert pos位置插入n個字元
void insert(size_t pos, size_t n, char ch)
{assert(pos <= _size);// 至少擴容至 _size + nif (_size + n > _capacity){reserve(_size + n);}// 挪動數據size_t end = _size;               // end or pos 類型為 size_t 時 當 pos = 0 會發生問題while (end >= pos && end != npos) /* 可以嘗試(int) 強轉pos類型 => 要轉是因爲 end 為int pos為size_t 時會發生類型提升(提升至較大的類型 : size_t) 會陷入死循環*/{_str[end + n] = _str[end];--end; // size_t 不會小於 0 所以如果 end 類型為 size_t 會陷入死循環}for (size_t i = 0; i < n; ++i){_str[pos + i] = ch;}_size += n;
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
// insert pos位置插入字符串
void insert(size_t pos, const char *str)
{assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}// 挪動數據size_t end = _size;while (end >= pos && end != npos){_str[end + len] = _str[end];--end;}for (size_t i = 0; i < len; ++i){_str[pos + i] = str[i];}_size += len;
}
// 刪除
void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{assert(pos <= _size);if (len == npos || pos + len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;// _str[_size] = '\0';}else{size_t end = pos + len;while (end <= _size){_str[pos++] = _str[end++];}_size -= len;}
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
void clear()
{_str[0] = '\0';_size = 0;
}
// 查
size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
{assert(pos < _size);for (size_t i = pos; i < _size; ++i){if (_str[i] == ch){return i;}}return npos;
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
size_t find(const char *str, size_t pos = 0) const
{assert(pos < _size);const char *ptr = strstr(_str + pos, str);if (ptr){return ptr - _str;}else{return npos;}
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const
{assert(pos < _size);size_t n = len;if (len == npos || pos + len > _size){n = _size - pos;}string tmp;tmp.reserve(n);for (size_t i = pos; i < n; ++i){tmp += _str[i];}return tmp;
}
6. 運算符重載
char &operator[](size_t pos) // 重載運算符 讓string也可以像C char 一樣用下標訪問
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}
const char &operator[](size_t pos) const
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
string &operator+=(char ch)
{push_back(ch);return *this;
}
string &operator+=(const char *str)
{append(str);return *this;
}// ------------------------------------------------------------------------------------------
string &operator=(string tmp)
{swap(tmp);return *this;
}
// swap函數
void swap(string &str)
{std::swap(_str, str._str);std::swap(_size, str._size);std::swap(_capacity, str._capacity);
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
bool operator<(const string &str) const
{// return strcmp(this->_str, str._str) < 0;size_t i1 = 0;size_t i2 = 0;while (i1 < _size && i2 < str._size){if (_str[i1] < str._str[i2]){return true;}else if (_str[i1] > str._str[i2]){return false;}else{i1++;i2++;}}if (i1 == _size && i2 != str._size){return true;}else{return false;}
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
bool operator==(const string &s) const
{return _size == s._size && memcmp(_str, s._str, _size) == 0;
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
bool operator<=(const string &s) const
{return *this < s || *this == s;
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
bool operator>(const string &s) const
{return !(*this <= s);
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
bool operator>=(const string &s) const
{return !(*this < s);
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
bool operator!=(const string &s) const
{return !(*this == s);
}
ostream &operator<<(ostream &out, const bit::string &s)
{for (auto ch : s){out << ch;}return out;
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------
istream &operator>>(istream &in, bit::string &s)
{char ch = in.get();char buf[128];int i = 0;// 處理緩衝區之前的空格或換行while (ch == ' ' || ch == '\0'){ch = in.get();}while (ch != ' ' && ch != '\0'){buf[i++] = ch;if (i == 127){buf[i] = '\0';s += buf;i = 0;}}if (i != 0){buf[i] = '\0';s += buf;}return in;
}
}
7. 其他
char *c_str() const // C的string
{return _str;
}
size_t size() //元素個數
{return _size;
}

五、完整代碼

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <assert.h>
// 因爲library中已有string 所以以命名空間做區分
using namespace std;
namespace bit
{class string{public:typedef char *iterator;typedef const char *const_iterator;// iteratoriterator begin(){return _str; // 返回首元素的地址}iterator end(){return _str + _size; // 返回首元素的地址 + 有多少個元素}// const_iteratorconst_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}string(const char *str = "") // 带参{_size = strlen(str);_capacity = strlen(str);_str = new char[_capacity + 1];memcpy(_str, str, _size + 1);}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}char *c_str() const // C的string{return _str;}size_t size(){return _size;}char &operator[](size_t pos) // 重載運算符 讓string也可以像C char 一樣用下標訪問{assert(pos < _size);return _str[pos];}const char &operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}void reserve(size_t n) // 多少有效字符的空間 假設要10個有效字符會開11個空間{if (n > _capacity){char *tmp = new char[n + 1];// strcpy(tmp, _str);memcpy(tmp, _str, _size + 1);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void resize(size_t n, char ch = '\0'){if (n < _size){_size = n;_str[_size] = '\0';}else{reserve(n);for (size_t i = _size; i < n; ++i){_str[i] = ch;}_size = n;_str[_size] = '\0';}}// 增刪查改// 增void push_back(char ch){if (_capacity == _size){// 2倍擴容reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);}_str[_size] = ch;++_size;_str[_size] = '\0';}void append(const char *str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){// 至少擴容至 _size + lenreserve(_size + len);}// strcpy(_str + _size, str); // strcpy 會把字符串的'\0'一起拷貝過去memcpy(_str + _size, str, len + 1);_size += len;}string &operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string &operator+=(const char *str){append(str);return *this;}void insert(size_t pos, size_t n, char ch){assert(pos <= _size);// 至少擴容至 _size + nif (_size + n > _capacity){reserve(_size + n);}// 挪動數據size_t end = _size;             while (end >= pos && end != npos) {_str[end + n] = _str[end];--end; // size_t 不會小於 0 所以如果 end 類型為 size_t 會陷入死循環}for (size_t i = 0; i < n; ++i){_str[pos + i] = ch;}_size += n;}void insert(size_t pos, const char *str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}// 挪動數據size_t end = _size;while (end >= pos && end != npos){_str[end + len] = _str[end];--end;}for (size_t i = 0; i < len; ++i){_str[pos + i] = str[i];}_size += len;}// 刪除void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos){assert(pos <= _size);if (len == npos || pos + len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;// _str[_size] = '\0';}else{size_t end = pos + len;while (end <= _size){_str[pos++] = _str[end++];}_size -= len;}}size_t find(char ch, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);for (size_t i = pos; i < _size; ++i){if (_str[i] == ch){return i;}}return npos;}size_t find(const char *str, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);const char *ptr = strstr(_str + pos, str);if (ptr){return ptr - _str;}else{return npos;}}string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const{assert(pos < _size);size_t n = len;if (len == npos || pos + len > _size){n = _size - pos;}string tmp;tmp.reserve(n);for (size_t i = pos; i < n; ++i){tmp += _str[i];}return tmp;}void clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}void swap(string &str){std::swap(_str, str._str);std::swap(_size, str._size);std::swap(_capacity, str._capacity);}string &operator=(string tmp){swap(tmp);return *this;}bool operator<(const string &str) const{// return strcmp(this->_str, str._str) < 0;size_t i1 = 0;size_t i2 = 0;while (i1 < _size && i2 < str._size){if (_str[i1] < str._str[i2]){return true;}else if (_str[i1] > str._str[i2]){return false;}else{i1++;i2++;}}if (i1 == _size && i2 != str._size){return true;}else{return false;}}bool operator==(const string &s) const{return _size == s._size && memcmp(_str, s._str, _size) == 0;}bool operator<=(const string &s) const{return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string &s) const{return !(*this <= s);}bool operator>=(const string &s) const{return !(*this < s);}bool operator!=(const string &s) const{return !(*this == s);}private:size_t _size;size_t _capacity;char *_str;static size_t npos; // 第二種insert pos = 0 死循環解決方法 : 設定 npos};// 靜態變量 類內聲明 類外定義size_t string::npos = -1;ostream &operator<<(ostream &out, const bit::string &s){for (auto ch : s){out << ch;}return out;}istream &operator>>(istream &in, bit::string &s){char ch = in.get();// in >> ch;char buf[128];int i = 0;// 處理緩衝區之前的空格或換行while (ch == ' ' || ch == '\0'){ch = in.get();}while (ch != ' ' && ch != '\0'){buf[i++] = ch;if (i == 127){buf[i] = '\0';s += buf;i = 0;}}if (i != 0){buf[i] = '\0';s += buf;}return in;}
}
http://www.xdnf.cn/news/1082539.html

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