C++ 字符串（string）

在 C++ 中，基础的 char 类型只能用来保存单个字符，比如 'A' 或 '8'。但在实际开发中，我们经常需要处理姓名、网址、提示语等一整串字符，也就是 “字符串”。

处理字符串最常用的是 C++ 标准库提供的 std::string 类型。你可以把它看成一个能自动伸缩的字符容器：不用提前计算文本有多长，它会自动分配和调整存储空间，用起来非常省心。

C++ string 的定义

与 int、double、char 这些内置的数据类型不同，std::string 是由 C++ 标准库提供的。因此在使用它之前，我们需要先在代码开头引入 <string> 头文件。

1. 基本定义与初始化

在 C++ 中，定义一个 std::string 变量并赋予初始文本，语法格式如下。

语法：

#include <string>

std::string 变量名 = "字符串内容";

说明：

std::string 是完整的类型名称，前面的 std:: 表示它位于标准库的命名空间 std 中，双引号里的内容就是我们要保存的字符串文本。

初学的小伙伴很容易把 char 和 std::string 的引号搞混。其实区分起来很简单：char 表示单个字符，必须使用英文单引号（'）；std::string 表示一串字符，必须使用英文双引号（"）。

char ch = 'L';                // 单个字符用单引号
std::string site = "lvye";    // 字符串用双引号

示例 1：定义并输出字符串

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string message = "Hello, C++!";
    std::cout << message << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

Hello, C++!

分析：

std::string message = "Hello, C++!"; 表示定义了一个名为 message 的字符串变量，并把双引号里的文本保存进去。接着通过 std::cout << message 就能把整段文字打印到屏幕上。

同样地，如果想要从键盘输入一个不带空格的单词，也可以配合 std::cin 写成 std::cin >> message;。至于如何读取包含空格的一整行文本，后面在 “C++ getline 读取字符串” 一节中会展开介绍。

2. 重新赋值与空字符串

定义好 std::string 变量之后，它的值跟普通变量一样是可以随时改变的。后面只需要使用等号（=）赋上一段新文本，就能直接覆盖掉原来的内容。哪怕新文本比原来长很多，std::string 也会自动扩容。

示例 2：修改字符串的值

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string course = "C++";
    course = "Modern C++";
    std::cout << course << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

Modern C++

分析：

course 一开始保存的是 "C++"，执行 course = "Modern C++"; 后，新的文本直接覆盖了原来的内容，因此屏幕上输出了更新后的课程名称。

对于 std::string 变量的声明与赋值，下面 2 种方式是等价的：

// 方式 1
std::string site;
site = "lvyenet";

// 方式 2（推荐）
std::string site = "lvyenet";

其中，方式 1 是先声明变量再赋值，而方式 2 是在声明的同时直接完成初始化。如果一开始就已经确定了要保存的文本内容，在实际开发中我们更推荐使用方式 2。

可能有些小伙伴会问：如果声明 std::string 变量时没有赋初值，它里面存的是什么呢？

跟未初始化会带有随机值的 int 局部变量不同，std::string 默认会自动初始化为一个 “空字符串”，也就是里面没有任何字符，等价于 ""。需要注意的是，空字符串 "" 和包含空格的字符串 " " 并不是一回事，下面我们通过一个例子来对比一下。

示例 3：区分空字符串与空格

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string emptyStr;
    std::string spaceStr = " ";

    std::cout << "[" << emptyStr << "]" << '\n';
    std::cout << "[" << spaceStr << "]" << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

[]
[ ]

分析：

为了看清两者的区别，我们在输出 emptyStr 和 spaceStr 的两侧加上了中括号。

emptyStr 声明时没有赋初值，里面没有任何字符，输出结果为 []。而 spaceStr 的双引号中间敲了一个空格，它实际包含一个空格字符，输出结果为 [ ]。

访问与修改字符

std::string 内部保存的是一串按顺序排列的 char 字符。跟前面学过的数组一样，字符串里的每一个字符都有对应的下标，并且下标也是从 0 开始计算的。

以字符串 std::string word = "lvye"; 为例，各个字符与下标的对应关系如下表所示。

1. 使用下标 [] 访问字符

在 C++ 中，如果我们想获取字符串中某一个位置的字符，最常用的方式是在字符串变量名后面加上中括号 []，并在里面写上下标。

语法：

字符串变量[下标]

说明：

如果字符串的长度为 n，那么有效下标的范围就是 0 ~ n - 1。其中，下标 0 对应第 1 个字符，下标 1 对应第 2 个字符，以此类推。

示例 4：通过下标 [] 访问字符

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string word = "lvye";

    std::cout << word[0] << '\n';
    std::cout << word[1] << '\n';
    std::cout << word[3] << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

l
v
e

分析：

word[0] 表示获取第 1 个字符 'l'，word[1] 表示获取第 2 个字符 'v'，word[3] 则对应第 4 个字符 'e'。

2. 使用 at() 函数访问字符

除了使用中括号 [] 之外，我们还可以调用 std::string 自带的 at() 函数来获取指定下标的字符。

std::string 内部提供了很多现成的工具函数，在 C++ 中也叫 “成员函数”。想要调用这些函数，只需要在字符串变量名后面加上英文点号（.），再写上函数名即可，就相当于 “让这个字符串执行某项操作”。

语法：

字符串变量.at(下标)

说明：

at() 函数与中括号 [] 的作用相同，区别在于 at() 会在程序运行时自动检查下标范围。如果传入的下标超出了有效范围，程序会立即报出 std::out_of_range 越界错误并停止运行，方便我们及时排查问题。

示例 5：使用 at() 访问字符

#include <iostream>
#include <string>

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

    std::cout << text.at(0) << '\n';
    std::cout << text.at(4) << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

H
o

分析：

在这个例子中，text.at(0) 表示获取下标为 0 的首字符 'H'，text.at(4) 表示获取下标为 4 的末尾字符 'o'。

在实际开发中，如果下标范围是已知的，或者已经在循环中控制好了边界，直接使用 text[i] 最简洁。如果下标来自外部输入、有可能超出有效范围，则可以使用 text.at(i)。

3. 修改单个字符

通过下标 [] 或 at() 定位到具体位置后，我们直接使用等号（=）赋上一个新的 char 字符，就可以修改原字符串中对应位置的字符。

语法：

字符串变量[下标] = '新字符';

说明：

等号左边通过下标指定要修改的位置，等号右边则是替换进去的新字符。

示例 6：修改单个字符

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string word = "lvye";
    word[0] = 'L';
    std::cout << word << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

Lvye

分析：

word[0] 原本是小写字母 'l'，执行 word[0] = 'L'; 后，首字符被修改为大写字母 'L'，整个字符串就变成了 "Lvye"。

这里小伙伴们要注意，word[0] 代表的是字符串里的单个 char 字符，因此等号右边必须使用英文单引号（'）。下面这种写法就是错误的，因为 "L" 使用双引号括起来时属于字符串，不能直接赋给单个 char 位置：

std::string word = "lvye";
word[0] = "L";

C++ 遍历字符串

当我们需要从头到尾依次取出字符串里的每一个字符时，最方便的做法是直接使用上一章学过的范围 for 循环。

语法：

for (char 变量名 : 字符串变量) {
    // 依次处理每一个字符
}

说明：

每执行一次循环，程序都会自动从字符串中按顺序取出一个字符赋给循环变量，直到把整个字符串里的所有字符都取完为止。

示例 7：遍历字符串中的字符

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string text = "C++20";

    for (char ch : text) {
        std::cout << ch << ' ';
    }
    std::cout << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

C + + 2 0

分析：

在上面例子中，for (char ch : text) 会按从左往右的顺序，依次把 "C++20" 里的 5 个字符取出来赋给变量 ch，再通过 std::cout 打印出来。这种方式不需要我们手动计算字符串长度，也不用操心下标越界的问题。

这里要留意一点，在 for (char ch : text) 中，ch 只是每次复制出来的字符副本，修改 ch 并不会改变原字符串 text。如果需要结合下标修改原字符串里的字符，可以配合后面学习的 size() 函数与普通下标循环来实现。