C++ std::string 成员函数详解

std::string 是 C++ 标准库中用于处理字符串的类。它提供了丰富的成员函数，使其操作既方便又高效。本文档整理了 std::string 的常用成员函数，并提供了使用实例。

1. 构造函数 (Constructors)

用于创建 std::string 对象。

默认构造函数

创建一个空字符串。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s;
    std::cout << "空字符串: \"" << s << "\"" << std::endl;
    return 0;
}

拷贝构造函数

用一个已有的 std::string 对象创建新对象。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s1 = "Hello";
    std::string s2(s1); // 拷贝构造
    std::cout << "s2: " << s2 << std::endl;
    return 0;
}

C-风格字符串 (const char*) 构造

用一个 C-风格的字符串（以 \0 结尾）来初始化。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    const char* c_str = "World";
    std::string s(c_str);
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    return 0;
}

C-风格字符串 (const char*) + 长度构造

用 C-风格字符串的前 n 个字符初始化。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    const char* c_str = "Hello World";
    std::string s(c_str, 5); // 只取前 5 个 "Hello"
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    return 0;
}

填充构造

用 n 个重复的字符 c 来初始化。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s(5, 'A'); // "AAAAA"
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    return 0;
}

迭代器构造

用一对迭代器指定的范围来初始化。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<char> vec = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e'};
    std::string s(vec.begin(), vec.end());
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    return 0;
}

2. 赋值 (Assignment)

用于给 std::string 对象赋新值。

`operator=`

最常用的赋值操作。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s1;
    std::string s2 = "Hello";
    
    s1 = s2; // 赋 string
    std::cout << "s1: " << s1 << std::endl;
    
    s1 = "World"; // 赋 C-string
    std::cout << "s1: " << s1 << std::endl;
    
    s1 = 'A'; // 赋 char
    std::cout << "s1: " << s1 << std::endl;
    return 0;
}

`assign()`

功能更丰富的赋值函数。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s;
    std::string base = "Use this string";

    // 1. 赋 n 个字符
    s.assign(5, '*'); // "*****"
    std::cout << "s: " << s << std::endl;

    // 2. 赋另一个 string
    s.assign(base); // "Use this string"
    std::cout << "s: " << s << std::endl;

    // 3. 赋另一个 string 的子串
    s.assign(base, 4, 4); // 从索引4开始，取4个 "this"
    std::cout << "s: " << s << std::endl;

    // 4. 赋 C-string
    s.assign("New content");
    std::cout << "s: " << s << std::endl;

    // 5. 赋 C-string 的前n个字符
    s.assign("Partial", 4); // "Part"
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    
    return 0;
}

3. 迭代器 (Iterators)

用于遍历字符串中的字符，提供类似STL容器的接口。

`begin()` / `end()`

返回指向字符串开头和结尾（末尾元素的下一个位置）的正向迭代器。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    for(std::string::iterator it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // C++11 范围 for (内部使用了 begin 和 end)
    for(char c : s) {
        std::cout << c << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

`rbegin()` / `rend()`

返回指向字符串末尾和开头（首个元素的前一个位置）的反向迭代器。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    for(std::string::reverse_iterator it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

(同样有 cbegin, cend, crbegin, crend 作为 const 版本)

4. 容量 (Capacity)

用于管理字符串的存储空间。

`size()` / `length()`

返回字符串中的字符数。两者功能完全相同。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    std::cout << "Size: " << s.size() << std::endl;
    std::cout << "Length: " << s.length() << std::endl;
    return 0;
}

`max_size()`

返回字符串可能达到的最大长度。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s;
    std::cout << "Max Size: " << s.max_size() << std::endl;
    return 0;
}

`resize()`

改变字符串的长度。如果新长度更长，用指定字符（默认 \0）填充；如果更短，则截断。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    
    // 增长，用 '!' 填充
    s.resize(10, '!'); 
    std::cout << "s (resized to 10): " << s << std::endl; // "Hello!!!!!"

    // 缩短
    s.resize(5);
    std::cout << "s (resized to 5): " << s << std::endl;  // "Hello"
    return 0;
}

`capacity()`

返回当前分配给字符串的存储空间大小（字节数）。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    std::cout << "Size: " << s.size() << std::endl;
    std::cout << "Capacity: " << s.capacity() << std::endl;
    return 0;
}

`reserve()`

请求为字符串预留至少 n 个字符的存储空间。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s;
    std::cout << "Default capacity: " << s.capacity() << std::endl;
    
    s.reserve(100); // 预留空间
    std::cout << "Capacity after reserve: " << s.capacity() << std::endl;
    return 0;
}

`clear()`

清除字符串内容，使其变为空字符串（长度为 0）。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    s.clear();
    std::cout << "s after clear: \"" << s << "\"" << std::endl;
    return 0;
}

`empty()`

检查字符串是否为空（长度是否为 0）。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s1;
    std::string s2 = "Hello";

    std::cout << "s1 is empty: " << std::boolalpha << s1.empty() << std::endl;
    std::cout << "s2 is empty: " << std::boolalpha << s2.empty() << std::endl;
    return 0;
}

`shrink_to_fit()` (C++11)

请求减少 capacity() 到 size()，释放未使用的内存。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s;
    s.reserve(100);
    s = "Hello";
    std::cout << "Capacity before: " << s.capacity() << std::endl;
    
    s.shrink_to_fit(); // 请求释放多余内存
    
    std::cout << "Capacity after: " << s.capacity() << std::endl;
    std::cout << "Size: " << s.size() << std::endl;
    return 0;
}

5. 元素访问 (Element Access)

用于访问字符串中的单个字符。

`operator[]`

访问指定索引处的字符（不进行边界检查）。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    std::cout << "Char at 0: " << s[0] << std::endl; // 'H'
    
    // 修改
    s[0] = 'J';
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Jello"
    return 0;
}

`at()`

访问指定索引处的字符（进行边界检查，越界会抛出 std::out_of_range 异常）。

#include <iostream>
#include <string>
#include <stdexcept>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    try {
        std::cout << "Char at 1: " << s.at(1) << std::endl; // 'e'
        
        // 修改
        s.at(1) = 'a';
        std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Hallo"
        
        // 尝试越界
        std::cout << s.at(10) << std::endl; 
        
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

`front()` (C++11)

访问第一个字符。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    std::cout << "First char: " << s.front() << std::endl;
    s.front() = 'Y';
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Yello"
    return 0;
}

`back()` (C++11)

访问最后一个字符。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    std::cout << "Last char: " << s.back() << std::endl;
    s.back() = 'p';
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Hellp"
    return 0;
}

6. 修改器 (Modifiers)

用于修改字符串的内容。

`operator+=`

在字符串末尾追加内容。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    s += " World"; // 追加 C-string
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    
    std::string s2 = "!";
    s += s2; // 追加 string
    std::cout << "s: " << s << std::endl;

    s += '!'; // 追加 char
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    return 0;
}

`append()`

功能更丰富的追加函数。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "File";
    std::string ext = ".txt";

    // 1. 追加 string
    s.append(ext);
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "File.txt"

    // 2. 追加 string 的子串
    s.append(" (backup)", 0, 8); // " (backup"
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "File.txt (backup"

    // 3. 追加 C-string
    s.append(" - Final");
    std::cout << "s: " << s << std::endl;

    // 4. 追加 n 个字符
    s.append(3, '!'); // "!!!"
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    return 0;
}

`push_back()`

在字符串末尾追加一个字符。这是您提到的类线性表函数。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    s.push_back(' ');
    s.push_back('W');
    s.push_back('o');
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Hello Wo"
    return 0;
}

`pop_back()` (C++11)

删除字符串的最后一个字符。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    std::cout << "s: " << s << std::endl;
    s.pop_back();
    std::cout << "s after pop_back: " << s << std::endl; // "Hell"
    return 0;
}

`insert()`

在指定位置插入内容。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello World";

    // 1. 在索引 6 处插入 string
    s.insert(6, "Beautiful ");
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Hello Beautiful World"

    // 2. 在索引 0 处插入 C-string
    s.insert(0, "Say: ");
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Say: Hello Beautiful World"

    // 3. 在索引 5 处插入 3 个 '!'
    s.insert(5, 3, '!');
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Say: !!!Hello Beautiful World"
    
    return 0;
}

`erase()`

删除指定位置和长度的字符，或一个范围内的字符。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello, Beautiful World!";

    // 1. 从索引 5 开始，删除 11 个字符 (", Beautiful")
    s.erase(5, 11);
    std::cout << "s: " << s << std::endl; // "Hello World!"

    // 2. 删除迭代器指定的单个字符
    std::string s2 = "abc";
    s2.erase(s2.begin() + 1); // 删除 'b'
    std::cout << "s2: " << s2 << std::endl; // "ac"
    return 0;
}

`replace()`

替换字符串的一部分内容。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string base = "This is a test string.";
    std::string rep = "sample";

    // 1. 从索引 10 开始，替换 4 个字符 ("test") 为 "sample"
    base.replace(10, 4, rep);
    std::cout << "base: " << base << std::endl; // "This is a sample string."

    // 2. 从索引 0 开始，替换 4 个字符 ("This") 为 C-string "That"
    base.replace(0, 4, "That");
    std::cout << "base: " << base << std::endl; // "That is a sample string."
    
    // 3. 从索引 12 开始，替换 6 个字符 ("sample") 为 3 个 '*'
    base.replace(12, 6, 3, '*');
    std::cout << "base: " << base << std::endl; // "That is a *** string."
    return 0;
}

`swap()`

交换两个 std::string 对象的内容。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s1 = "Hello";
    std::string s2 = "World";

    std::cout << "Before swap: s1=" << s1 << ", s2=" << s2 << std::endl;
    s1.swap(s2);
    std::cout << "After swap: s1=" << s1 << ", s2=" << s2 << std::endl;
    return 0;
}

7. 字符串操作 (String Operations)

`c_str()`

返回一个指向 C-风格字符串（以 \0 结尾）的 const char* 指针。

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio> // for printf

int main() {
    std::string s = "Hello";
    
    // c_str() 用于需要 (const char*) 的 C 风格函数
    printf("C-style output: %s\n", s.c_str());
    return 0;
}

`data()`

返回指向字符串数据的 const char* 指针。在 C++11 之前，不保证以 \0 结尾；C++11 及之后，它与 c_str() 行为一致。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    const char* p = s.data();
    
    // 打印前 5 个字符
    for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i) {
        std::cout << p[i];
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

`substr()`

返回一个新的 std::string 对象，它是原字符串的子串。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello, World!";
    
    // 1. 从索引 7 开始到末尾
    std::string s1 = s.substr(7);
    std::cout << "s1: " << s1 << std::endl; // "World!"

    // 2. 从索引 0 开始，取 5 个字符
    std::string s2 = s.substr(0, 5);
    std::cout << "s2: " << s2 << std::endl; // "Hello"
    return 0;
}

`copy()`

将字符串的一部分复制到 C-风格的字符数组中（不自动添加 \0）。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello";
    char buffer[10] = {0}; // 初始化为 0
    
    // 从 s 的索引 0 开始，复制 5 个字符到 buffer
    s.copy(buffer, 5, 0); 
    
    // buffer[5] = '\0'; // copy 不会自动添加，但我们已初始化
    
    std::cout << "Buffer: " << buffer << std::endl; // "Hello"
    return 0;
}

`find()`

查找子串或字符首次出现的位置。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello World, Hello Universe";
    std::string to_find = "Hello";
    
    // 1. 查找 "Hello"
    size_t pos1 = s.find(to_find);
    if (pos1 != std::string::npos) {
        std::cout << "'Hello' found at index: " << pos1 << std::endl; // 0
    }

    // 2. 从索引 1 之后开始查找 "Hello"
    size_t pos2 = s.find(to_find, 1);
    if (pos2 != std::string::npos) {
        std::cout << "'Hello' found again at index: " << pos2 << std::endl; // 13
    }
    
    // 3. 查找字符 'W'
    size_t pos3 = s.find('W');
    if (pos3 != std::string::npos) {
        std::cout << "'W' found at index: " << pos3 << std::endl; // 6
    }
    return 0;
}

`rfind()`

查找子串或字符最后一次出现的位置。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello World, Hello Universe";
    
    size_t pos = s.rfind("Hello");
    if (pos != std::string::npos) {
        std::cout << "Last 'Hello' found at index: " << pos << std::endl; // 13
    }
    return 0;
}

`find_first_of()` / `find_last_of()`

查找字符集中任意一个字符的首次/最后一次出现。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "Hello World!";
    std::string vowels = "aeiouAEIOU";

    // 查找第一个元音字母
    size_t pos1 = s.find_first_of(vowels);
    if (pos1 != std::string::npos) {
        std::cout << "First vowel '" << s[pos1] << "' found at index: " << pos1 << std::endl; // 'e' at 1
    }
    
    // 查找最后一个元音字母
    size_t pos2 = s.find_last_of(vowels);
     if (pos2 != std::string::npos) {
        std::cout << "Last vowel '" << s[pos2] << "' found at index: " << pos2 << std::endl; // 'o' at 7
    }
    return 0;
}

`find_first_not_of()` / `find_last_not_of()`

查找不在字符集中的任意一个字符的首次/最后一次出现。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s = "!!!Hello!!!";
    std::string punctuation = "!";

    // 查找第一个不是 '!' 的字符
    size_t pos = s.find_first_not_of(punctuation);
    if (pos != std::string::npos) {
        std::cout << "First non-'!' char '" << s[pos] << "' found at: " << pos << std::endl; // 'H' at 3
    }
    return 0;
}

`compare()`

比较字符串。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string s1 = "Hello";
    std::string s2 = "Hello";
    std::string s3 = "World";

    // 1. s1 == s2
    if (s1.compare(s2) == 0) {
        std::cout << "s1 and s2 are equal" << std::endl;
    }
    
    // 2. s1 < s3
    if (s1.compare(s3) < 0) {
        std::cout << "s1 is less than s3" << std::endl;
    }
    
    // 3. 比较 s1 和 "Hell" (s1 > "Hell")
    if (s1.compare("Hell") > 0) {
        std::cout << "s1 is greater than 'Hell'" << std::endl;
    }
    
    // 更简单的方式 (重载了操作符)
    if (s1 == s2) {
        std::cout << "(Operator) s1 == s2" << std::endl;
    }
    if (s1 < s3) {
        std::cout << "(Operator) s1 < s3" << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

C++ std::string 成员函数详解

1. 构造函数 (Constructors)

默认构造函数

拷贝构造函数

C-风格字符串 (const char*) 构造

C-风格字符串 (const char*) + 长度 构造

填充构造

迭代器构造

2. 赋值 (Assignment)

operator=

assign()

3. 迭代器 (Iterators)

begin() / end()

rbegin() / rend()

4. 容量 (Capacity)

size() / length()

max_size()

resize()

capacity()

reserve()

clear()

empty()

shrink_to_fit() (C++11)

5. 元素访问 (Element Access)

operator[]

at()

front() (C++11)

back() (C++11)

6. 修改器 (Modifiers)

operator+=

append()

push_back()

pop_back() (C++11)

insert()

erase()

replace()

swap()