第六章：处理文字——字符串¶
你好！欢迎来到第六章！在前面的章节，我们学习了数字和数组。但生活中我们更多接触的是文字，比如名字、句子、文章。在C++中，文字数据叫做字符串。这一章我们会学习如何存储和操作字符串，包括古老的C风格字符串和更方便的C++ string 类。学完本章，你就能编写处理文字的程序了！
6.1 字符串程序范例¶
我们先来看一个简单的程序，它使用了C++中的 string 类型（最方便的一种字符串）。
#include <iostream>
#include <string> // 使用string需要包含这个头文件
using namespace std;
int main() {
string name; // 定义一个字符串变量，名字叫name
cout << "请输入你的名字：";
cin >> name; // 输入字符串（注意：不能有空格）
cout << "你好，" << name << "！欢迎学习C++字符串！" << endl;
return 0;
}
运行示例（假设输入“小明”）：
请输入你的名字：小明
你好，小明！欢迎学习C++字符串！
这个程序展示了字符串的基本输入输出。接下来我们会深入学习字符串的各种用法。
6.2 字符串的用法¶
6.2.1 字符的操作¶
字符串是由一个个字符组成的。在C++中，字符用 char 类型表示。我们先学会操作单个字符。
字符的定义和赋值¶
char ch1 = 'A'; // 单个字符用单引号括起来
char ch2 = 'b';
char ch3 = '5';
char ch4 = '!';
字符的输入输出¶
char ch;
cout << "请输入一个字符：";
cin >> ch; // 输入一个字符
cout << "你输入的字符是：" << ch << endl;
字符的ASCII码¶
每个字符在计算机中都有一个对应的整数编码，叫做ASCII码。例如 'A' 的ASCII码是65，'a' 是97，'0' 是48。字符可以和整数进行运算。
char ch = 'A';
cout << (int)ch << endl; // 输出65，将字符转为整数
cout << char(65) << endl; // 输出A，将整数转为字符
字符的运算¶
因为字符本质上是整数，所以可以进行加减运算。
char ch = 'A';
ch = ch + 1; // 变成 'B'
cout << ch << endl;
// 小写转大写
char lower = 'b';
char upper = lower - 32; // 因为小写字母比大写字母ASCII码大32
cout << upper << endl; // 输出'B'
常用字符判断（需要包含 <cctype> 头文件）¶
C++提供了许多判断字符类型的函数，非常方便。
| 函数 | 作用 |
|---|---|
isalpha(ch) |
判断是否是字母 |
isdigit(ch) |
判断是否是数字 |
islower(ch) |
判断是否是小写字母 |
isupper(ch) |
判断是否是大写字母 |
isspace(ch) |
判断是否是空格 |
tolower(ch) |
转换为小写 |
toupper(ch) |
转换为大写 |
#include <iostream>
#include <cctype> // 字符处理函数
using namespace std;
int main() {
char ch;
cout << "请输入一个字符：";
cin >> ch;
if (isalpha(ch)) {
cout << ch << " 是字母" << endl;
if (islower(ch)) {
cout << "它是小写字母，大写形式是：" << char(toupper(ch)) << endl;
} else {
cout << "它是大写字母，小写形式是：" << char(tolower(ch)) << endl;
}
} else if (isdigit(ch)) {
cout << ch << " 是数字" << endl;
} else {
cout << ch << " 是其他字符" << endl;
}
return 0;
}
6.2.2 字符数组¶
字符数组是C语言风格的字符串，就是用一个数组来存放多个字符，最后以 '\0' 结尾。
定义和初始化¶
char str1[10] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}; // 手动加结束符
char str2[10] = "Hello"; // 自动在末尾加 '\0'，最常用
char str3[] = "Hello"; // 编译器自动计算大小为6（包括'\0'）
访问和遍历¶
char str[] = "Hello";
for (int i = 0; i < 5; i++) {
cout << str[i] << " "; // 输出 H e l l o
}
cout << endl;
// 也可以用while循环，直到遇到'\0'
int i = 0;
while (str[i] != '\0') {
cout << str[i];
i++;
}
修改字符数组中的元素¶
char str[] = "Hello";
str[0] = 'h'; // 修改第一个字符
cout << str; // 输出 "hello"
注意：字符数组的大小一旦定义就不能改变，所以要保证足够大。
6.2.3 字符串的输入和输出¶
C风格字符串的输入¶
- 用
cin >>输入，但遇到空格会停止。 - 用
cin.getline()可以输入带空格的整行。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
char name[50];
cout << "请输入你的名字（无空格）：";
cin >> name; // 只能输入一个单词
cout << "你好，" << name << endl;
// 清空输入缓冲区（因为后面要用getline，之前cin会留下换行符）
cin.ignore();
char sentence[100];
cout << "请输入一句话（可带空格）：";
cin.getline(sentence, 100); // 读取整行，最多99个字符
cout << "你输入的是：" << sentence << endl;
return 0;
}
string类的输入¶
- 用
cin >>输入，同样遇空格停止。 - 用
getline(cin, 字符串变量)输入整行。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
string name, sentence;
cout << "请输入你的名字：";
cin >> name;
cout << "你好，" << name << endl;
cin.ignore(); // 忽略输入缓冲区中的换行符
cout << "请输入一句话：";
getline(cin, sentence); // 读取整行
cout << "你输入的是：" << sentence << endl;
return 0;
}
6.2.4 字符串结束符‘\0’¶
C风格字符串以 '\0'（空字符，ASCII码0）作为结束标志。它告诉程序字符串在哪里结束。
为什么需要 '\0'？¶
因为字符数组的长度可能大于字符串的实际长度，如果没有结束符，程序就不知道到哪里是字符串的结尾。比如：
char str[10] = "Hello"; // 实际存储：H e l l o \0 ? ? ? ?
当输出 str 时，函数会从第一个字符开始一直输出直到遇到 '\0'。如果忘了加 '\0'，可能会输出乱码直到遇到内存中的某个0。
手动添加 '\0'¶
如果自己逐个字符赋值，必须手动加上 '\0'。
char str[5];
str[0] = 'C';
str[1] = '+';
str[2] = '+';
str[3] = '\0'; // 必须加！
cout << str; // 输出 "C++"
如果忘记加，cout 会继续向后输出内存中的内容，直到偶然遇到0，可能导致程序崩溃或输出乱码。
6.2.5 字符串常用函数¶
C语言提供了一些处理字符串的函数，它们定义在 <cstring> 头文件中。注意这些函数都用于C风格字符串（字符数组）。
| 函数 | 作用 |
|---|---|
strlen(s) |
返回字符串s的长度（不包括\0） |
strcpy(dest, src) |
将src复制到dest |
strcat(dest, src) |
将src连接到dest的末尾 |
strcmp(s1, s2) |
比较s1和s2，相等返回0，s1 |
strchr(s, c) |
在s中查找字符c第一次出现的位置，返回指针 |
strstr(s1, s2) |
在s1中查找子串s2，返回指针 |
示例代码¶
#include <iostream>
#include <cstring> // 字符串函数
using namespace std;
int main() {
char s1[20] = "Hello";
char s2[20] = "World";
char s3[40];
// 求长度
cout << "s1长度：" << strlen(s1) << endl; // 5
// 复制
strcpy(s3, s1); // s3 = "Hello"
cout << "s3 = " << s3 << endl;
// 连接
strcat(s3, " "); // 加一个空格
strcat(s3, s2); // s3 = "Hello World"
cout << "连接后：" << s3 << endl;
// 比较
if (strcmp(s1, s2) == 0) {
cout << "s1和s2相等" << endl;
} else {
cout << "s1和s2不相等" << endl;
}
return 0;
}
注意：使用这些函数时，要确保目标数组足够大，否则会溢出。
6.2.6 string类¶
C++提供了一个更安全、更方便的字符串类型：string。它包含在头文件 <string> 中。使用 string 类可以像普通变量一样操作字符串，不需要担心数组大小和结束符。
定义和初始化¶
#include <string>
string s1; // 空字符串
string s2 = "Hello"; // 直接赋值
string s3("World"); // 构造函数
string s4 = s2; // 复制
string s5 = s2 + " " + s3; // 连接
常用操作¶
- 长度：
s.length()或s.size() - 访问字符：
s[i]，下标从0开始 - 赋值：
s = "new value"; - 连接：用
+或+= - 比较：直接用
==、!=、<、>等运算符 - 输入：
cin >> s或getline(cin, s) - 输出：
cout << s
示例代码¶
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
string s1 = "Hello";
string s2 = "World";
string s3;
// 连接
s3 = s1 + " " + s2;
cout << "s3 = " << s3 << endl; // Hello World
// 长度
cout << "s3的长度：" << s3.length() << endl; // 11
// 访问字符
for (int i = 0; i < s3.length(); i++) {
cout << s3[i] << " "; // H e l l o W o r l d
}
cout << endl;
// 比较
if (s1 == s2) {
cout << "相等" << endl;
} else {
cout << "不相等" << endl;
}
// 子串
string sub = s3.substr(6, 5); // 从下标6开始取5个字符
cout << "子串：" << sub << endl; // World
// 查找
int pos = s3.find("World");
if (pos != string::npos) {
cout << "找到World，位置在：" << pos << endl;
}
return 0;
}
string类的更多成员函数¶
s.substr(pos, len)：返回从pos开始长度为len的子串。s.find(str)：查找子串，返回第一次出现的位置，如果找不到返回string::npos。s.replace(pos, len, str)：将从pos开始长度为len的子串替换为str。s.insert(pos, str)：在pos位置插入str。s.erase(pos, len)：删除从pos开始的len个字符。s.empty()：判断是否为空。s.clear()：清空字符串。
6.2.7 阶段性编程练习（字符串基础）¶
- 练习1：输入一个字符，判断它是字母、数字还是其他字符，并输出对应信息。
- 练习2：输入一行字符串（可含空格），统计其中字母、数字、空格的个数。
- 练习3：输入一个字符串，将其中的小写字母转为大写，大写字母转为小写，其他字符不变，输出结果。
- 练习4：用C风格字符串实现字符串反转（不使用string类的reverse函数）。
- 练习5：用string类实现：输入两个字符串，连接后输出，并输出长度。
6.3 编程实例讲解¶
这里我们通过几个综合实例，进一步巩固字符串的操作。
实例1：统计单词个数（使用string）¶
题目：输入一行英文句子，统计其中有多少个单词（单词之间用空格分隔）。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
string s;
cout << "请输入一句英文：";
getline(cin, s); // 读取整行
int count = 0;
bool inWord = false; // 标记是否正在一个单词中
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (s[i] != ' ') { // 如果当前字符不是空格
if (!inWord) { // 并且之前不在单词中，说明新单词开始
count++;
inWord = true;
}
} else { // 遇到空格，表示单词结束
inWord = false;
}
}
cout << "单词个数：" << count << endl;
return 0;
}
实例2：判断回文串¶
题目：输入一个字符串（忽略空格和标点，只考虑字母和数字），判断它是否是回文（正读反读一样，比如 “madam”、”12321”）。
#include <iostream>
#include <string>
#include <cctype> // 字符处理函数
using namespace std;
int main() {
string s;
cout << "请输入一个字符串：";
getline(cin, s);
// 先过滤掉非字母数字字符，并转为小写
string filtered;
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (isalnum(s[i])) { // 如果是字母或数字
filtered += tolower(s[i]); // 转为小写后加入
}
}
// 判断回文
bool isPalindrome = true;
int len = filtered.length();
for (int i = 0; i < len / 2; i++) {
if (filtered[i] != filtered[len - 1 - i]) {
isPalindrome = false;
break;
}
}
if (isPalindrome) {
cout << "是回文" << endl;
} else {
cout << "不是回文" << endl;
}
return 0;
}
实例3：凯撒密码（加密）¶
题目：输入一个字符串和一个偏移量k，将字符串中的每个英文字母替换为字母表中后移k位的字母（循环，例如z后移1位变成a），其他字符不变，输出加密后的字符串。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
string s;
int k;
cout << "请输入要加密的字符串：";
getline(cin, s);
cout << "请输入偏移量：";
cin >> k;
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
char ch = s[i];
if (ch >= 'a' && ch <= 'z') {
ch = 'a' + (ch - 'a' + k) % 26;
} else if (ch >= 'A' && ch <= 'Z') {
ch = 'A' + (ch - 'A' + k) % 26;
}
s[i] = ch;
}
cout << "加密后的字符串：" << s << endl;
return 0;
}
实例4：字符串排序（按字典序）¶
题目：输入若干个人名（字符串），按字典序从小到大排序后输出。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
const int N = 5;
string names[N];
cout << "请输入" << N << "个人名：" << endl;
for (int i = 0; i < N; i++) {
cin >> names[i]; // 假设名字不含空格
}
// 冒泡排序
for (int i = 0; i < N - 1; i++) {
for (int j = 0; j < N - 1 - i; j++) {
if (names[j] > names[j + 1]) { // string可以直接比较
string temp = names[j];
names[j] = names[j + 1];
names[j + 1] = temp;
}
}
}
cout << "排序后的名字：" << endl;
for (int i = 0; i < N; i++) {
cout << names[i] << endl;
}
return 0;
}
6.4 第6章编程作业¶
恭喜你学完了字符串！现在来挑战几个综合题目，检验一下学习成果。
作业1：统计字符串中每个字母出现的次数¶
输入一行字符串（可含空格），统计其中26个英文字母（不区分大小写）各自出现的次数，并输出。忽略非字母字符。
作业2：简单密码验证¶
设定一个密码字符串（如 “C++2024”），让用户输入密码，最多允许输入3次，如果正确显示“欢迎”，否则显示“密码错误”并提示剩余次数，3次错误后显示“账户锁定”。
作业3：手机键盘数字映射¶
在老式手机键盘上，字母映射到数字：2:abc, 3:def, 4:ghi, 5:jkl, 6:mno, 7:pqrs, 8:tuv, 9:wxyz。输入一个单词（只含字母），输出对应的数字串。例如输入 “hello”，输出 “43556”。
作业4：字符串去重¶
输入一个字符串，去掉其中重复的字符（只保留第一次出现的字符），输出结果。例如输入 “hello world”，输出 “helo wrd”（注意空格也要保留，但重复的空格只保留一个？可以自己定义规则）。
作业5：单词反转¶
输入一句英文，将句子中的单词顺序反转，但单词内部的字母顺序不变。例如输入 “I love C++”，输出 “C++ love I”。提示：可以用字符串流或手动分割单词。