P23 C++字符串

目录

前言

01 什么是字符串

02 字符串是怎么工作的呢？

2.1 字符

2.2 字符串

2.3 如何知道指向hello world的这个指针多大

03 使用字符串

04 字符串传参

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前言

本期我们将讨论 C++ 中的字符串。

首先，什么是字符串？

01 什么是字符串

字符串是一个接一个字符的一组字符。

字符可以是字母、数字、符号，这类东西基本上就是文本，这些对我们来说很常见，作为人类，我们想要在电脑上以某种方式来表示文本。当然文本可以是一个单个的字符，也可以是一整个段落，可以是一个单词，也可以是一堆单词，所有这些被称为字符串的东西都是一个文本字符串。

所以我们会有这样的问题，当我们编程的时候，需要一些方法能够在我们的程序中将文本表现出来，这就要用到 C++ 字符串。对于我们来说，这是一种能够表示和处理文本的方法。

02 字符串是怎么工作的呢？

为了理解 C++ 中的字符串是如何工作的，你首先需要理解字符到底是什么以及字符是如何运作的。

2.1 字符

字符通常以字母符号、数字等以不同形式呈现

你可能已经注意到在 C++ 中有一种数据类型叫做 char，它是 character 的缩写，它代表一个字母的内存，它再一些情况下很有用，

1. 因为它能把指针转换为 char 型指针，你可以用字节来做指针运算。
2. char 对于分配内存缓冲区也很有用，因为如果你想分配1k的内存，你可以分配1024个 char。
3. 它对字符串和文本也很有用，因为 C++ 对待字符的默认方式是通过 ASCII 字符进行文本编码的。

我们用一个字节来表示一个字符，也就是8个比特，这意味着我们有2的8次方种可能的结果，也就是256种可能性，有些语言的字符数量远远超过了这个数量，所以我们不能所有语言都只用一个字节表示一个字符，8个比特根本不够。然而16个比特，也就是16位字符编码，我们就有2的16次方种不同的可能性，也就是65536种字符可以表示，这个基本是足够的。

还有很多其它的编码，但是在 C++ 中我们一般使用原始数据类型，在这里，我们暂时认定 char 是一个字节。

2.2 字符串

接下来我们讨论一下字符串是如何在 C++ 中运作的。

字符，就是 char 类型数据，而字符串实际上就是字符数组，而数组又是一组元素的集合，所以，一组字符组成了字符串或文本。

你可能已经注意到，在本系列中，我们经常将字符串称为 const char* ，让我们来看看它是如何工作的。

#include 

int main()
{
    const char *buffer = "hello world" ;
    return 0;
}

我们可以通过 const char* 声明一个字符串，让它等于双引号下的某种文字。

这其实是 C 语言风格定义字符串的方式，C++ 有一个库可以使得字符串操作更为简单，但即使是这样，了解这种方式是如何工作的仍然很重要。

你其实不是必须把它声明为 const，但是人们通常这样做的原因是不想去改变这些的值。因为字符串是不可变的，这意味着你不能扩展字符串使它变大。这是一个固定分配的内存块，如果你想要一个最大的字符串，它需要执行一次重新分配分配并删除旧的字符串。

1. 这里的 char* 并不意味着它是在堆上分配的，你不能通过调用 delete 来删除它，——记住一点，如果你们没有使用 new，就不要使用 delete。
2. 现在这个字符串我们无法修改其中的某个值。比如 buffer[2] = 's'，这会导致错误。所以如果你知道你不会修改字符串，就可以加上 const。

一个字符串在内存中是什么样的呢？

我们设置一个断点来调试一下。

你可以看到 hello world这个词就是由12个字符组成。还可以看到紧接着有一个被设置为0的字节，它被称为空终止字符，那是字符串结束的地方。

2.3 如何知道指向hello world的这个指针多大

或许你已经注意到了，我们似乎从来不知道 buffer有多大，因为它只是一个指针，那么如何知道它的大小呢？

空终止符可以帮助我们。

字符串是从指针的内存地址开始，一直往后继续，直到它碰到0。当我们决定将其打印到控制台的时候，你可以看到它正常被输出，但它只是一个指针，那么它是如何知道终点的呢？——直到/0，因为这就是它的空终止符。

如果你想自己声明字符串，我们也可以使用下面这种方式。

#include 

int main()
{
    const char *buffer = "hello world" ;
    char buf[] = {'h','e','l','l','o'};
    return 0;
}

我们可以使用 char 类型的数组来完成。

它有5个字符，我们对它进行了初始化，把它设置为单个字符，C++ 的字符是通过单引号定义的。

上面的 buf是一个数组，不是一个字符串。这只是一个包含5个字符的数组，没有设置空终止符，

我们对程序做上面的修改，这样buf才是一个字符串。

‘\0’ 就是 null，它的 ASCII 码值是0，这里也可以直接写0。

我们应该如何在 C++ 中用字符串呢？

03 使用字符串

在 C++ 中的标准库有一个名为 String 的类，实际上还有一个类叫 BaseString，它是一个模板类，String 是 baseString 类的模板版本，模板参数是 char，这叫做模板特化 template specialization 。意思就是将 BaseString 模板类中的模板参数设为 char，char 是每一个字符背后的实际类型（还有一种叫做 wstring 的东西，也就是宽字符串）。

在 C++ 中使用的字符串是 std::string 。

那它是怎么工作的呢？

基本上它是由一个 char 数组以及一些用来操作数组的函数构成的。

首先第一件事就是 #include，其实在 name里面已经有 string 的定义了，你可以看到我们的上面的代码中没有包含头文件 string 也可以正常运行。

string 有一个构造函数，它接受 char 或者 const char 参数，你把鼠标悬浮在字符串上面，你可以看到 ganlan 实际上是一个 const char 数组。

尽管 iostream 对 string 已经有一个定义了，因为一些特殊的原因，我还是建议你包含一下。std::string 是一个有很多功能的类。比如 size()，我们可以得到它的尺寸，如果我们是 const char 或者 char，我们就需要用到 C 中的函数，比如 strlen()，还有 strcpy() 可以用来复制字符串。上面所有的这些功能，在 string 中都可以找到，这就是我们现在使用字符串的方式。另一件常见的操作是追加字符串。

我想在 test 后加上 hello，如果按照下面的写法会出现错误。

原因很简单，你实际上是想将两个 const char 的数组相加。这个双引号里面的东西是 const char 数组，它不是真正的字符串，我们总不能把两个指针相加吧。

所以如果你想完成这个操作，一个简单的方法就是把它分开成多行，然后再做相加的操作。

name 是一个字符串，你把它加到一个字符串上，+= 这个操作符在 string 类被重载了，这样写是没有问题的。 

04 字符串传参

我写了一个 test函数，我要传递一个字符串，那么你不应该像上面那样写。

不这样做的原因是：

这实际上是一个副本。

当你这样给函数传递给一个函数时，你实际上时复制这个类对象。如果想要做 string += "h" 这样的事情，它不会影响到传递的原始字符串，所以，这显然是一个只读函数，我们不能在里面修改任何东西。

这意味着程序会动态地在堆上分配一个全新的 char 数组来存储已经得到的完全相同的文本，这个过程相当慢。在某些情况下，这是一个主要的短板。因为字符串操作是很频繁的，因此当你传递一个这样的字符串而且是在只读的情况下，需要确保通过常量引用传递它。

可以在在参数类型前面加上 const 和引用 &，这样，就告诉我们，这是一个引用，意味着它不会被复制，意味着我们承诺不会在这里修改它。

以上就是字符串的主要内容了。