std::string

本文主要针对那些有C语言背景知识，而现在开始使用C++语言编程的程序员。事实上，C++继承了大多数C语言的功能，但有些方面还是不得不要留意的，如new和delete取代了malloc和free，且C++还使用了STL容器类来静态或动态地分配数组。本文中要讲的是用std::string来取代char*，将会演示C风格数组带来的一系列问题，及如何使用std::string来避免这些问题。


避免“病态”的char数组声明

当声明一个char数组时，许多程序员都会这样做：


char* name = "marius";


乍看起来好像没什么问题，但如果想让字符串首字符大写，最简单的实现方法是：


name[0] = 'M';


代码生成时没有问题，但在运行时会崩溃，因为这是未定义的行为，且依赖于编译器的实现（在VS2005中，可通过编译，但在运行时会崩溃）。对此的解答是：“marius”是一个文字上的字符串，且存储于程序的数据区，“name”只是一个指向数组的指针，因为存储字符串的数据区为只读，所以不允许你修改它。正确的声明形式应该像下面这样：


const char* name = "marius";


这样一来，只要试图修改其中的一个字符，都会被编译器发现，并抛出一个错误：cannot modify a constant variable。


“令人讨厌”的C风格方法

可用char[]来定义一个定长的字符数组：


char name[] = "marius";
name[0] = 'M';


在本例中，name是一个7字符的数组（包括终止符），其由字符串“marius”进行初始化，具有读写权限。
现在，试着用strcat()衔接一个字符串：


char name[] = "marius";
strcat(name, " bancila");


但程序只要一运行就会崩溃，因为strcat不能确定缓冲区是否可以装下追加的字符串，导致数组越界破坏了内存。
当然了，你也可声明一个更大的数组来解决这个问题，只要保证它能放下所有的字符就行了，比如说，50个字符长度应该可以放下一个英文名了：


char name[50] = "marius";
strcat(name, " bancila");


这就行了，但如果有Carlos Marìa Eduardo García de la Cal Fernàndez Leal Luna Delgado Galván Sanz这样的名字呢，而且这只是单个西班牙名，另外还有内存空间浪费的问题，如果声明了100个字符长度，平均使用只有20，那一份十万个名字的列表，要浪费800万字节了。


动态分配内存

那么接下来就是寻找动态分配内存最合适的方法：


char* name = new char[strlen("marius")+1];
strcpy(name, "marius");


在此例中，你可重新分配所需的内存，如下所示：


char* temp = new char[strlen(name) + strlen(" bancila") + 1];
strcpy(temp, name);
strcat(temp, " bancila");

delete [] name;
name = temp;


这需要编写及维护更多的代码，另外，在涉及到类时，情况会变得更加复杂。


确保类中内存的正确处理

如果有一个Person类，它存储了人名，你的第一个反应它可能会像下面这样：


class Person
{
char* name;
};


好像看上去没什么问题，但这个类还应有：

? 一个构造函数，它可以接受一个字符串来初始化name；
? 一个自定义的拷贝构造函数，以确保深拷贝（默认的拷贝构造函数由编译器提供，它是浅拷贝，也就是说，当从一个对象中复制全部属性的值到一个对象时，它只复制了指针，而不是指向的所有对象）。
? 一个自定义的 operator=
? 一个析构函数，负责清理动态分配的内存


把这些整合起来之后，Person类就会像下面这样：


class Person
{
char* name;
public:
Person(const char* str)
{
name = new char [strlen(str)+1];
strcpy(name, str);
}

Person(const Person& p)
{
name = new char [strlen(p.name)+1];
}

Person& operator=(const Person& p)
{
if(this != &p)
{
delete [] name;

name = new char [strlen(p.name)+1];
strcpy(name, p.name);
}

return *this;
}

~Person()
{
delete [] name;
}
};


还是std::string省事

标准模板库（STL）提供了一个std::string类，其是std::basic_string的一个特化，它是一个容器类，可把字符串当作普通类型来使用，并支持比较、连接、遍历、STL算法、复制、赋值等等操作，这个类定义在<string>头文件中。

使用std::string的好处在于：

1、 易于分配、复制及连接。

std::string name = "marius";  // 由赋值进行初始化
name += " bancila";           // 连接
std::string copy = name;      // 复制


2、 可用length()或size()方法确定字符串的长度，这两个方法是一样的，第二个方法只是为了保持STL容器类的一致性。

std::string name = "marius";
std::cout << "length=" << name.length() << std::endl;
std::cout << "length=" << name.size()   << std::endl;


3、 检查是否为空值。

std::string name;
if(name.empty())
std::cout << "empty string";


4、 支持比较。

if(name == "marius")
{
}

if(name.compare("marius") == 0)
{
}
方法campre进行大小写敏感的比较，以确定两个字符串是否相等，或其中一个在词典顺序上小于另一个。它的返回值与strcmp()的返回值代表的意义一样：负值表示操作数小于参数字符串，而正值表示操作系统数大于它，0表示相等。另外，还有6个重载版本可允许比较字符串的某一部分：


if(name.compare(0, 3, "mar") == 0)
{
std::cout << "match";
}


5、 重载操作符 << 和 >>，可从流中读写字符串。

std::string name;
std::cin  >> name;    // 从控制台中读name
std::cout << name;    // 向控制台写name


6、 易于访问字符串中的字符。

std::string name = "marius";
name[0] = 'M';
name[name.length()-1] = 'S';


7、 遍历所有字符，这可由C风格的索引或STL迭代子来完成（如果无需修改，应使用const_iterator）。

std::string name = "marius";

for(size_t i = 0; i < name.length(); ++i)
std::cout << name[i];

for(std::string::const_iterator cit = name.begin(); cit != name.end(); ++cit)
std::cout << *cit;

for(std::string::iterator it = name.begin();it != name.end(); ++it)
*it = toupper(*it);


8、 删除字符串的某一部分。

std::string name = "marius bancila";
// 删除第6个元素之后的所有东西
name.erase(6, name.length() - 6);


9、 在指定位置插入字符串或字符。

std::string name = "marius";
// 在结尾插入
name.insert(name.length(), " bancila");
name.insert(name.length(), 3, '!');


10、在字符串结尾插入其他元素。

std::string name = "marius";
name.push_back('!');


11、两个字符串值的快速交换。

std::string firstname = "bancila";
std::string lastname = "marius";
firstname.swap(lastname);

std::cout << firstname << ' ' << lastname << std::endl;


12、使用c_str()方法只读访问其内部字符数组缓冲区，可在接受字符指针（是否const都行）作参数的函数中使用std::string对象。

void print(const char* name)
{
std::cout << name << std::endl;
}

std::string name = "marius";
print(name.c_str());

void makeupper(char* array, int len)
{
for(int i = 0; i < len; ++i)
array[i] = toupper(array[i]);
}

std::string name = "marius";
makeupper(&name[0], name.length());


13、使用STL算法

std::string name = "marius";
// 使字符串全为大写
std::transform(name.begin(), name.end(), name.begin(),toupper);
std::string name = "marius";
// 升序排列字符串
std::sort(name.begin(), name.end());
std::string name = "marius";
// 反转字符串
std::reverse(name.begin(), name.end());
bool iswhitespace(char ch)
{
return  ch == ' ' || ch == '\t' || ch == '\v' ||
ch == '\r' || ch == '\n';
}

std::string name = " marius  ";
// 删除空白字符
std::string::iterator newend = std::remove_if(name.begin(), name.end(), iswhitespace);
name.erase(newend);


14、也可用头文件<sstream>中的std::stringstream来构建字符串。

std::stringstream strbuilder;
strbuilder << "1 + 1 = " << 1+1;
std::string str = strbuilder.str();


来回顾一下前面的Person类，如果用std::string替换了char*，那么剩下的工作只需编写一个构造函数就行了，其他的由编译器来完成，在本例中，复制字符串时使用了浅拷贝，这足够了，因为这个动作触发了std::string的operator=，它会正确地复制字符串。


class Person
{
std::string name;
public:
Person(const std::string& str)
{
name = str;
}
};

Person p1("marius");
// works because std::string has a constructor that takes a const
// char*

Person p2("bancila");
p1 = p2;


结论

本文既不是std::string的文档，也不是其辅导书，只是恳求大家使用std::string。用标准模板库中的std::string来取代C风格数组可使代码看上去更简洁、更自然、更易于阅读及维护，也不必担心动态内存分配等问题，由此可忽略一些不必要的细节问题（如内存管理），而集中精力于编程的重要方面，试下吧。