C++ string 类从原理到实战
一、引言
在 C++ 编程中，string是处理字符串的核心类，相较于 C 风格字符数组，它自动管理内存、提供丰富操作接口，极大提升了开发效率与代码安全性。本文将从深浅拷贝原理、string底层模拟实现、标准库string常用函数详解、迭代器与容器实战、字符串数字相加案例等维度，全面梳理string类的核心知识，形成从原理到实战的完整体系。
二、浅拷贝与深拷贝的基本概念
2.1 浅拷贝
浅拷贝仅复制对象成员变量的值，若成员包含指针，仅拷贝指针地址，使多个对象指向同一块内存。
- 问题：对象析构时，同一块内存会被重复释放，导致程序崩溃或悬空指针。
- 本质：位拷贝，只拷贝指针，不拷贝指向的数据。
2.2 深拷贝
深拷贝会为指针成员重新分配独立内存，并复制原数据，使每个对象拥有专属内存空间，互不干扰。
- 优势：避免内存重复释放、数据篡改等问题，是
string类的默认拷贝机制。 - 本质：重新开辟内存 + 数据拷贝。
三、C++ 中 string 类的默认行为
C++ 标准库std::string的拷贝构造函数、赋值运算符均实现深拷贝，修改一个对象不会影响另一个：
#include <iostream> #include <string> using namespace std; int main() { string original = "Hello, World!"; string copy1(original); // 拷贝构造（深拷贝） string copy2 = original; // 赋值运算符（深拷贝） copy1[0] = 'h'; // 修改copy1，original、copy2不受影响 cout << original << endl; // Hello, World! cout << copy1 << endl; // hello, World! cout << copy2 << endl; // Hello, World! return 0; } 四、自定义字符串类 MyString 实现（深浅拷贝 + 核心功能）
4.1 基础框架（构造、析构、深浅拷贝）
#include <iostream> #include <cstring> #include <assert.h> using namespace std; class MyString { private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; public: // 构造函数 MyString(const char*) { if (str == nullptr); _size = strlen(str); _capacity = _size; _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, str); } // 拷贝构造（深拷贝） MyString(const MyString& other) { _size = other._size; _capacity = other._capacity; _str = new char[_capacity + 1]; memcpy(_str, other._str, _size + 1); } // 赋值运算符（现代写法） MyString& operator=(MyString tmp) { swap(tmp); return *this; } // 移动赋值（C++11，转移资源） MyString& operator=(MyString&& other) noexcept { if (this != &other) { delete[] _str; _str = other._str; _size = other._size; _capacity = other._capacity; other._str = nullptr; } return *this; } // 析构函数 ~MyString() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; } // 交换成员 void swap(MyString& s) { std::swap(_str, s._str); std::swap(_size, s._size); std::swap(_capacity, s._capacity); } }; 4.2 比较运算符重载（> < >= <= == !=）
基于strcmp实现字典序比较：
bool operator>(const MyString& other) const { return strcmp(_str, other._str) > 0; } bool operator<(const MyString& other) const { return strcmp(_str, other._str) < 0; } bool operator>=(const MyString& other) const { return !(*this < other); } bool operator<=(const MyString& other) const { return !(*this > other); } bool operator==(const MyString& other) const { return strcmp(_str, other._str) == 0; } bool operator!=(const MyString& other) const { return !(*this == other); } 4.3 resize 函数实现
调整字符串长度，支持缩小、扩大与填充字符：
void resize(size_t new_size, char fill_char = '\0') { if (new_size < _size) { _size = new_size; _str[_size] = '\0'; } else { reserve(new_size); for (size_t i = _size; i < new_size; ++i) { _str[i] = fill_char; } _size = new_size; _str[_size] = '\0'; } } // 预留容量 void reserve(size_t n) { if (n > _capacity) { char* new_str = new char[n + 1]; strcpy(new_str, _str); delete[] _str; _str = new_str; _capacity = n; } } 4.4 + 运算符重载（字符串拼接）
支持MyString + MyString、MyString + const char*：
MyString operator+(const MyString& other) const { size_t new_size = _size + other._size; char* new_data = new char[new_size + 1]; strcpy(new_data, _str); strcat(new_data, other._str); MyString res(new_data); delete[] new_data; return res; } MyString operator+(const char* str) const { size_t len = strlen(str); size_t new_size = _size + len; char* new_data = new char[new_size + 1]; strcpy(new_data, _str); strcat(new_data, str); MyString res(new_data); delete[] new_data; return res; } 4.5 迭代器实现（简单模拟）
string迭代器本质是字符指针：
typedef char* iterator; typedef const char* const_iterator; iterator begin() { return _str; } iterator end() { return _str + _size; } const_iterator begin() const { return _str; } const_iterator end() const { return _str + _size; } 五、标准库 string 常用函数详解
5.1 初始化方式
string s0; // 空字符串 string s1("hello"); // 字面量初始化 string s2 = s1; // 拷贝初始化 string s3(5, 'a'); // 重复字符："aaaaa" 5.2 容量与长度
size()/length()：返回字符串长度（功能完全一致）capacity()：返回已分配内存容量reserve(n)：预分配容量，减少扩容shrink_to_fit()：释放多余内存，使容量等于长度clear()：清空字符串内容，不释放内存
5.3 字符串操作
- 拼接：
+=、append() - 查找：
find()、rfind()、find_first_of()（未找到返回string::npos） - 子串：
substr(pos, len)（省略len取到末尾） - 替换：
replace(pos, len, str) - 插入 / 删除：
insert()、erase()（效率低，少用） - 字符访问：
[]（不检查越界）、at()（越界抛异常）
5.4 数值与字符串转换
- 数值→字符串：
to_string()（C++11，标准通用） - 字符串→整数：
atoi()（C 风格）、stoi()（C++11，抛异常） - 通用转换：
stringstream（跨平台、支持任意类型）
5.5 输入输出
cin：以空格 / 换行分隔，无法读取带空格字符串getline(cin, str)：读取整行，包含空格（需处理前导换行符）
cin.ignore(); // 清空缓冲区换行 getline(cin, str); 六、迭代器与容器配合
6.1 string 遍历方式
- 下标遍历
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i]; - 迭代器遍历
string::iterator it = s.begin(); while (it != s.end()) cout << *it++; - 反向迭代器
string::reverse_iterator rit = s.rbegin(); while (rit != s.rend()) cout << *rit++; - 范围 for 循环（简洁推荐）
for (auto& ch : s) cout << ch; 6.2 STL 算法配合
需包含<algorithm>：
reverse(s.begin(), s.end()); // 反转 sort(s.begin(), s.end()); // 排序 七、实战案例：字符串数字相加
处理超大数字（超出整型范围），模拟手工加法：
#include <iostream> #include <string> #include <algorithm> using namespace std; string addStrings(string num1, string num2) { int i = num1.size() - 1, j = num2.size() - 1; string res; int carry = 0; while (i >= 0 || j >= 0 || carry) { int val1 = i >= 0 ? num1[i--] - '0' : 0; int val2 = j >= 0 ? num2[j--] - '0' : 0; int sum = val1 + val2 + carry; carry = sum / 10; res.push_back(sum % 10 + '0'); } reverse(res.begin(), res.end()); return res; } // 测试 int main() { cout << addStrings("123456789", "987654321") << endl; // 1111111110 return 0; } 八、总结
- 深浅拷贝：浅拷贝共享内存易崩溃，深拷贝独立内存更安全，
string默认深拷贝。 - 自定义
string：需实现构造、析构、拷贝构造、赋值运算符，重载常用运算符与迭代器。 - 标准
string：接口丰富，优先使用+=、reserve优化性能，注意find、substr边界。 - 迭代器：是 STL 容器通用访问方式，配合算法可高效操作字符串。
- 实战：字符串数字相加核心为逆序逐位相加 + 处理进位 + 反转结果，适用于超大数运算。
本文覆盖string原理、实现、使用、实战全流程，是 C++ 字符串编程的核心参考资料。
