字符串 (string)

std::string 是标准库的字符串类型，封装了动态字符数组，自动管理内存。相比 C 风格的 char*，它无需手动分配释放，也不会因为忘记 \0 而出错。

C++17 引入的 std::string_view 则提供了不拥有数据的字符串视图，用于只读场景，避免不必要的拷贝。

1. 引入

#include <string>       // std::string
#include <string_view>  // std::string_view

2. 核心概念

1. 构造与赋值

std::string s1;                    // 空字符串
std::string s2 = "hello";          // 从字面量
std::string s3("hello", 3);        // "hel"（前 3 个字符）
std::string s4(5, 'x');            // "xxxxx"
std::string s5(s2);                // 拷贝构造
std::string s6(std::move(s2));     // 移动构造

s1 = "world";                      // 赋值

2. 常用操作

std::string s = "Hello World";

std::cout << s.size() << '\n';              // 11
std::cout << s.substr(6, 5) << '\n';        // World
std::cout << s.find("World") << '\n';       // 6

if (s.find("xyz") == std::string::npos)
    std::cout << "未找到\n";

s.replace(0, 5, "Goodbye");                 // "Goodbye World"
s += "!";                                   // "Goodbye World!"

3. 遍历与转换

std::string s = "hello";

// 遍历
for (char c : s)
    std::cout << c;

// 转数字
int n = std::stoi("42");
double d = std::stod("3.14");

// 数字转字符串
std::string a = std::to_string(42);
std::string b = std::to_string(3.14);

std::stoi 等函数在转换失败时会抛出 std::invalid_argument 或 std::out_of_range。

4. 小字符串优化（SSO）

大多数实现采用小字符串优化：短字符串（通常 15~22 字节以内）直接存储在 string 对象内部的缓冲区中，不进行堆分配。

std::string short_str = "hi";        // 无堆分配
std::string long_str(1000, 'x');     // 堆分配

这意味着短字符串的拷贝成本很低，但 sizeof(std::string) 通常比想象中大（约 32 字节）。

3. 用法

string_view

std::string_view 是对字符序列的非拥有视图，只保存指针和长度：

void process(std::string_view sv)   // 不拷贝
{
    std::cout << sv.size() << '\n';
}

std::string s = "hello";
process(s);              // 从 string 构造，无拷贝
process("world");        // 从字面量构造，无拷贝
process(s.substr(0, 3)); // 注意：substr 返回临时 string，此处有拷贝

优势：

• 传参时避免拷贝，尤其适合只读的字符串参数
• 可以接受 std::string、字符串字面量、char* 等多种来源
• 取子串是 \(O(1)\)（只调整指针和长度）

局限：

• 不拥有数据，底层字符串销毁后视图会悬垂
• 不保证以 \0 结尾，不能直接传给需要 C 字符串的接口
• 没有 c_str()，需要转换时用 std::string(sv)

// 危险：返回指向临时对象的视图
std::string_view bad()
{
    std::string local = "temporary";
    return local;   // 错误：local 已销毁
}

// 安全：返回 string
std::string good()
{
    return "safe";
}

何时用哪个

4. 注意事项

• npos 是 size_t 的最大值。用 find 判断时要写 == std::string::npos，不要写成 -1。
• c_str() 的指针可能失效。任何修改字符串的操作都可能触发重新分配，使之前取得的指针悬垂。
• string_view 不拥有数据。绝不要返回指向局部变量的 string_view，也不要把 string_view 作为长期成员。
• string_view 不保证 \0 结尾。传给 printf 等 C 函数会越界。
• s + "a" 与 "a" + s 不同。前者合法，后者中 "a" 是 const char*，指针加法是未定义行为。应写 std::string("a") + s。
• substr 返回新字符串。string_view::substr 返回视图（\(O(1)\)），string::substr 返回新字符串（\(O(n)\)），注意区分。
• 字符串拼接的性能。循环中反复 s += x 可能多次重新分配，预先 reserve() 可避免。

5. 相关章节

• 字符类型：C 风格字符串与字符类型
• 文件与流：字符串流 std::stringstream
• 格式化输出：std::format 格式化字符串
• 正则表达式：字符串的正则匹配