算法基础之字符串（C++示例）

无论是工程设计还是算法设计均离不开字符串，字符串是由一个个单独的字符构成的串，其数据结构是线性的，常以ASCII码表示，同时只要设定得当，其展示任何一种编码UTF-8也都是可以的。

C 风格的字符串在 C++ 中继续得到支持——C++可以像C那样处理字符串，还可以使用字符串数据类型string。

字符串有很多的操作，C的头文件<string.h>(C++则是<cstring>)已经封装好了许多函数和方法可以直接使用。

一、c++字符串基础知识

c++支持（提供）两种字符串

c风格的字符串

c++中的字符串

 

C风格的字符串起源于 C 语言，并在 C++ 中继续得到支持。字符串实际上是使用 null 字符 ‘\0’ 终止的一维字符数组。下面的声明和初始化创建了一个 “Hello” 字符串。

由于在数组的末尾存储了空字符，所以字符数组的大小比单词 “Hello” 的字符数多一个。

char s[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};

依据数组初始化规则，您可以把上面的语句写成以下语句：

char s[] = "Hello";

内存表示示意：

不需你显示把 null 字符放在字符串常量的末尾，C++ 编译器会在初始化数组时，自动把 ‘\0’ 放在字符串的末尾。

#include <iostream>
using namespace std;
int main (){
    char s1[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
    char s2[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    char s3[] = "hello"; //编译器会根据字符串长度的大小初始化字符数组的

    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;
    cout << s3 << endl;
}

运行输出如下：
Hello
Hello
hello

 

C风格字符串处理函数

函数	功能
strcpy(s1, s2)	复制字符串 s2 到字符串 s1。
strcat(s1, s2)	连接字符串 s2 到字符串 s1 的末尾。
strlen(s1)	返回字符串 s1 的长度。
strcmp(s1, s2)	如果 s1 和 s2 是相同的，则返回 0；如果 s1<s2 则返回小于 0；如果 s1>s2 则返回大于 0。
strchr(s1, ch)	返回一个指针，指向字符串 s1 中字符 ch 的第一次出现的位置。
strstr(s1, s2)	返回一个指针，指向字符串 s1 中字符串 s2 的第一次出现的位置。

★ c风格字符串处理函数示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
int main( )
{
   char c[10] = "欢迎";
   printf("输出1：%s\n", c); //输出1：欢迎
   printf("输出1的长度：%d\n", strlen(c)); //输出1的长度：4
   
   char a[10];
   strcpy(a,"你好啊");
   printf("输出2：%s\n",a);  //输出2：Hello world
   printf("输出2的长度：%d\n", strlen(a));  //输出2的长度：11
   
   return 0;
}

 

C++ 标准库提供了 string 类类型，支持上述所有的操作，另外还增加了其他更多的功能。

 

string 类的构造函数

string 类有多个构造函数，用法示例如下：

string s1(); // si = ""

string s2("Hello"); // s2 = "Hello"

string s3(4, 'K'); // s3 = "KKKK"

string s4("12345", 1, 3);  //s4 = "234"，即 "12345" 的从下标 1 开始，长度为 3 的子串

为称呼方便，本教程后文将从字符串下标 n 开始、长度为 m 的字符串称为“子串(n, m)”。

 

 string 对象的赋值

可以用 char* 类型的变量、常量，以及 char 类型的变量、常量对 string 对象进行赋值。例如：

string s1;

s1 = "Hello"; // s1 = "Hello"

s2 = 'K'; // s2 = "K”

string 类还有 assign 成员函数，可以用来对 string 对象赋值。assign 成员函数返回对象自身的引用。例如：

string s1("12345"), s2;

s3.assign(s1);  // s3 = s1

s2.assign(s1, 1, 2);  // s2 = "23"，即 s1 的子串(1, 2)

s2.assign(4, 'K');  // s2 = "KKKK"

s2.assign("abcde", 2, 3);  // s2 = "cde"，即 "abcde" 的子串(2, 3)

 

C++字符串处理函数

函数	功能
append()	在字符串的末尾添加字符。
find()	在字符串中查找字符串。
insert()	插入字符。
length()或size()	返回字符串的长度。
replace()	替换字符串。
substr()	返回某个子字符串。
erase()	删除字符串中的一个子字符串。

 

★ C++字符串处理函数示例1

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main( )
{
   string c = "Hello";
   cout <<"输出1："<< c << endl; //输出1：Hello
   cout <<"输出1的长度：" << c.size() << endl; //输出1的长度：5
   
   string a;
   a = "Hello world";
   cout <<"输出2："<< a << endl; //输出2：Hello world
   cout <<"输出2的长度："<<  a.size() << endl; //输出2的长度：11
   
   return 0;
}

★ C++字符串处理函数示例2

本示例演示replace()的使用

#include<string>
#include<iostream>
  
using namespace std;

int main()  
{
	//用法一： 
	//string  replace (size_t pos, size_t len, const string& str); 
	//源字符串中从位置 pos 开始长度为 len 的字符串 被字符串 str 代替 
	//功能：只替换一次 
    string str_line("I love compile");
    cout << str_line.replace(str_line.find('e'), 1, "#") << endl;  //输出：I lov# compile 
    
    //用法二： 
	//string  replace (const_iterator i1, const_iterator i2, const string& str); 
	//用 str 替换 迭代器起始位置 和 结束位置 之间的字符 
	//功能：替换一段字符串
    string str_line2("I love compile");
     cout << str_line2.replace(str_line2.begin(), str_line2.begin()+6, "**")<< endl; //输出：** compile
     
    //用法三： 
	//tring replace (size_t pos, size_t len, const string& str, size_t subpos, size_t sublen); 
	//源串指定位置上的子串（pos开始len长度）被替换为 str 的指定子串（给定起始位置和长度）
	string str_line3("I love compile"); 
	string substr = "12345";
    cout << str_line3.replace(7, 7, substr, substr.find("2"), 3) << endl;  //输出：I love 234
     
    return 0; 
}

 

二、c++字符串算法示例

前面提到过，字符串有很多的操作，C的头文件<string.h>(C++则是<cstring>)已经封装好了许多函数和方法可以直接使用。<algorithm>库提供的函数swap，reverse，sort等实现交换、反向、排序等功能。作为字符串算法设计学习，可以从设计的角度介绍这些字符串基本的操作以及其实现代码。

例1、反转字符串

编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。如

输入：hello

输出：olleh

 

法一、使用 <algorithm>库方法：reverse()

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(void)
{
   string str = "hello";
   reverse(str.begin(), str.end());
   cout << str << endl;
 
   return 0;
}

 

法二、自己编写 myReverse()函数

# include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
 
string myReverse(string str);
 
int main(void)
{
    string strData = "hello";
    string strReverse = myReverse(strData);
    cout << strReverse << endl;
}
 
string myReverse(string str)
{
    int i;
    int len = str.length();
    for (i = 0; i < len/2; i++)
    {
        char c = str[i];
        str[i] = str[len -i -1];
        str[len -i -1] = c;
    }
    return str;
}

 

例2、给定一个字符串，验证它是否是回文串，区别字母的大小写。

这个问题，可以从字符串的两头开始比较，即第1个字符和倒数第1个字符比较，第2个字符和倒数第2个字符比较，以此类推...如果出现字符不相等的情况，说明不是回文，如果全部相等，说明是回文。代码如下：

 

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
 
int main(void)
{
    string s;  // 存放输入的字符串 
    int i, j, n;
    cout<<"输入字符串：";
    cin >> s;
       
    n=s.length();
    for(i=0,j=n-1;i<j;i++,j--)
        if(s[i]!=s[j]) break;
        if(i>=j)
            cout<<"是回文串\n";
        else
            cout<<"不是回文串\n";
    
	return 0;
}

【附、C代码如下

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <string.h>
int main(){
    char s[100];  // 存放输入的字符串 
    int i, j, n;
    printf("输入字符串：");
    gets(s);
    
    n=strlen(s);
    for(i=0,j=n-1;i<j;i++,j--)
        if(s[i]!=s[j]) break;
        if(i>=j)
            printf("是回文串\n");
        else
            printf("不是回文串\n");
}

】

 

例3、把字符串中的特定字符删除

法一、使用来自<algorithm>的remove()函数, 此函数的template是

template <class ForwardIterator, class T>

  ForwardIterator remove (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);

作用: 在容器中, 删除[first, last)之间的所有值等于val的值。

返回值: 一个迭代器 (记作newEnd), 该迭代器指向最后一个未被删除元素的下一个元素, 即相当于容器新的end。

代码如下：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>   // remove()来自<algorithm>
using namespace std;

int main ()
{
    string s="AascfAfAjAk";
    s.erase(remove(s.begin(), s.end(), 'A'), s.end());
    cout << s << '\n';
   
    return 0;
}

 

法二、使用string::iterator（字符串迭代器），从开始 str.begin() 迭代到最后 str.end() ，再使用string.erase(const_iterator p)函数来删除迭代器所指向的字符。

代码如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main ()
{
    string str="AascfAfAjAk";
    char ch='A';
    string::iterator it;
    for (it = str.begin(); it < str.end(); it++)
    {
        if (*it == ch)
        {
            str.erase(it);
            it--;  //【注】 
        }
    }
    cout << str;

    return 0;
}

【注】it-- 很重要，因为使用erase()删除it指向的字符后，后面的字符就移了过来，it指向的位置就被后一个字符填充了，而for语句最后的it++，又使it向后移了一个位置，所以就忽略掉了填充过来的这个字符。在这加上it--后就和for语句的it++抵消了，使迭代器能够访问所有的字符。

 

 

【附、C代码如下：

下面代码，在原来的数组上通过数组元素的移动完成了删除特定字符串的工作。

参见下图，通过复制操作来移动元素，恰巧跳过要删除的字符。

★代码如下：

#include <stdio.h>

int main ()
{
  char s[] = "AascfAfAjAk";
  int j, k;
  char c='A';
    for(j=k=0; s[j]!='\0'; j++)
        if(s[j]!=c)
            s[k++]=s[j];
    s[k]= '\0';
    printf("\n%s",s);
    return 0;
}

★改的灵活点，代码如下：

#include <stdio.h>
int main(){
    char s[], c;
    int j, k;
    printf("Enter a string: ");
    gets(s);
    printf("Enter a character: ");
    c=getchar( );
    for(j=k=0; s[j]!='\0'; j++)
        if(s[j]!=c)
            s[k++]=s[j];
    s[k]= '\0';
    printf("\n%s",s);
    return 0;
}

 】