一、C++字符串簡介

在C++中，字符串的處理方式主要有兩種：字符數組（C風格字符串）和std::string類。雖然字符數組是C語言遺留的底層實現方式，但現代C++更推薦使用std::string類，其封裝了復雜的操作邏輯，提供了更高的安全性和便利性。本文將深入解析C++字符串的原理、常用操作，并結合力扣算法題進行實戰演練。

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二、C++字符串的原理

1. 字符數組（C風格字符串）

• 原理：字符數組是以\0結尾的字符序列，通過手動管理內存實現字符串操作。
• 特點：
  • 需預分配固定大小，容易溢出。
  • 操作依賴標準庫函數（如strcpy、strlen等），需手動處理邊界問題。
  • 適合對內存控制要求極高的底層場景。

char str[10] = "hello"; // 存儲"hello\0"

2. std::string類

• 原理：std::string是C++標準庫提供的動態字符串類，內部通過動態內存管理實現自動擴容和縮容。
• 特點：
  • 自動管理內存，無需手動分配/釋放。
  • 提供豐富的成員函數（如拼接、查找、替換等）。
  • 支持STL容器和算法，兼容性高。
  • 通過移動語義（C++11）優化臨時對象的資源轉移效率。

#include <string>
std::string s = "hello";
s += " world"; // 自動擴容

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三、C++字符串的常用操作

1. 賦值與初始化

std::string s1 = "hello";       // 直接賦值
std::string s2(5, 'a');          // 構造5個'a'組成的字符串
std::string s3(s1);              // 拷貝構造
std::string s4 = s1 + s2;        // 拼接賦值

2. 字符串拼接

std::string s = "Hello";
s += " C++";                     // 運算符重載
s.append(" world");              // 成員函數

3. 查找與替換

std::string s = "Hello World";
size_t pos = s.find("World");    // 查找子串位置
if (pos != std::string::npos) {s.replace(pos, 5, "C++");     // 替換為"C++"
}

4. 子串提取

std::string s = "Hello C++";
std::string sub = s.substr(6, 4); // 提取從索引6開始的4個字符："C++"

5. 字符串比較

std::string a = "apple", b = "banana";
if (a < b) {                     // 字典序比較std::cout << "a is smaller";
}

6. 長度與空判斷

std::string s = "hello";
std::cout << s.size();           // 輸出長度（5）
std::cout << s.empty();          // 判斷是否為空（0）

7. 邊界安全訪問

std::string s = "example";
char ch1 = s[2];                 // 不檢查邊界
char ch2 = s.at(2);              // 檢查邊界，越界拋出異常

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四、力扣算法實戰：字符串應用場景

1.?回文串驗證（LeetCode 125）

題目：驗證字符串是否為回文串（忽略非字母數字字符，不區分大小寫）。

思路：雙指針法，從兩端向中心遍歷，逐字符比較。

#include <string>
#include <cctype>
using namespace std;bool isPalindrome(string s) {int left = 0, right = s.size() - 1;while (left < right) {while (left < right && !isalnum(s[left])) left++;while (left < right && !isalnum(s[right])) right--;if (tolower(s[left]) != tolower(s[right])) return false;left++, right--;}return true;
}

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2.?最長公共前綴（LeetCode 14）

題目：找出多個字符串的最長公共前綴。

思路：縱向掃描，逐字符比較所有字符串的相同位置。

#include <string>
#include <vector>
using namespace std;string longestCommonPrefix(vector<string>& strs) {if (strs.empty()) return "";for (int i = 0; i < strs[0].size(); ++i) {char c = strs[0][i];for (int j = 1; j < strs.size(); ++j) {if (i == strs[j].size() || strs[j][i] != c) {return strs[0].substr(0, i);}}}return strs[0];
}

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3.?字符串轉換整數（atoi）（LeetCode 8）

題目：將字符串轉換為整數，處理空格、符號和溢出。

思路：狀態機處理輸入，逐字符解析。

#include <string>
#include <climits>
using namespace std;int myAtoi(string s) {int index = 0, sign = 1, result = 0;while (s[index] == ' ') index++;if (s[index] == '-' || s[index] == '+') {sign = (s[index++] == '-') ? -1 : 1;}while (index < s.size() && isdigit(s[index])) {int digit = s[index++] - '0';if (result > INT_MAX / 10 || (result == INT_MAX / 10 && digit > INT_MAX % 10)) {return (sign == 1) ? INT_MAX : INT_MIN;}result = result * 10 + digit;}return sign * result;
}

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五、知識點總結

1.?std::string vs 字符數組

特性	std::string	字符數組（char[]）
內存管理	自動擴容/縮容	靜態分配，需手動管理
操作便捷性	成員函數豐富（如find、substr等）	依賴標準庫函數（如strcpy等）
安全性	邊界檢查（at()）、異常處理	容易溢出，需手動添加\0
性能	高（現代編譯器優化）	更低（頻繁內存拷貝）
推薦使用場景	通用開發、STL兼容	嵌入式系統、協議解析等底層場景

2.?設計建議

• 優先使用std::string：現代C++開發中，std::string是首選方式，其封裝了復雜邏輯，減少內存泄漏風險。
• 避免字符數組：除非對性能或內存布局有嚴格要求，否則不建議使用字符數組。
• 利用移動語義（C++11）：臨時對象的資源轉移通過std::move優化效率。
• 邊界檢查：使用at()代替[]避免越界訪問。