Строки в C++: основы std::string, методы и подводные камни

std::string: текст, который управляет собой сам

На предыдущей странице вы видели, как умные указатели позволяют объекту владеть ресурсом и очищать его автоматически. std::string - та же идея, применённая к тексту: он владеет буфером символов, увеличивает его при добавлении и освобождает, когда строка выходит из области видимости. Вы никогда не вызываете new, никогда не считаете байты и никогда не переживаете о пропущенном нулевом завершителе.

Чтобы использовать его, подключите <string>. Класс находится в пространстве имён std.

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

int main() {
    string name = "Ada";
    string greeting = "Hello, " + name + "!";

    cout << greeting << "\n";          // Hello, Ada!
    cout << "Length: " << name.size() << "\n";  // 3
    return 0;
}

Этот оператор + выполняет настоящую работу - он выделяет новый буфер, достаточно большой для обеих частей, и копирует их в него. С сырым char* вам пришлось бы тянуться к strcpy и strcat и надеяться, что буфер достаточно велик. std::string заставляет весь этот класс ошибок исчезнуть.

Сборка и объединение строк

Конкатенировать можно с помощью +, но рабочая лошадка для наращивания строки на месте - это +=. Он дописывает в существующий буфер вместо того, чтобы каждый раз порождать совершенно новую строку, что важно внутри циклов.

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

int main() {
    string sentence;                  // начинается пустой
    string words[] = {"the", "quick", "brown", "fox"};

    for (const string& w : words) {
        sentence += w;
        sentence += " ";
    }

    cout << sentence << "\n";         // the quick brown fox
    return 0;
}

Частая неожиданность: + требует, чтобы хотя бы один операнд уже был std::string. Два строковых литерала - это просто const char*, поэтому "a" + "b" не компилируется: для двух сырых указателей нет operator+. Сначала сделайте один из них строкой:

string s = "a" + "b";              // error: can't add two const char*
string s = string("a") + "b";      // fine - left side is a std::string
string s = "a"s + "b";             // fine in C++14+, the "s" literal suffix

Обратите внимание, что последняя форма использует суффикс s из <string> (using namespace std::string_literals;), который превращает литерал напрямую в std::string.

Доступ к содержимому строки

std::string ведёт себя как контейнер из char, поэтому его можно индексировать, перебирать в цикле и запрашивать у него фрагменты.

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

int main() {
    string word = "hello";

    cout << word[0] << "\n";          // h  - индексация через []
    cout << word.front() << " " << word.back() << "\n";  // h o
    cout << word.substr(1, 3) << "\n"; // ell - 3 символа начиная с индекса 1

    for (char c : word) {
        cout << c << '-';             // h-e-l-l-o-
    }
    cout << "\n";
    return 0;
}

substr(pos, len) возвращает совершенно новую строку, скопированную из исходной; она не изменяет источник. Следите за границами: word[10] для строки из 5 символов - это неопределённое поведение: он ничего не бросит, просто прочитает мусор. Если нужен проверенный доступ, который бросает std::out_of_range, используйте word.at(10) вместо word[10].

Ещё одна классическая ловушка: .size() возвращает беззнаковый тип (size_t). Цикл назад вроде for (size_t i = word.size() - 1; i >= 0; --i) никогда не завершится, потому что беззнаковое i никогда не может опуститься ниже нуля - оно переполняется и превращается в огромное число. Используйте знаковый индекс или перестройте условие, когда нужно пройти строку в обратном порядке.

Поиск и замена

find находит подстроку или символ и возвращает начальный индекс. Когда цель отсутствует, он возвращает специальную константу std::string::npos - всегда сравнивайте с ней, а не предполагайте, что find возвращает -1.

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

int main() {
    string path = "report.final.pdf";

    size_t dot = path.find('.');               // 6 - первая точка
    size_t lastDot = path.rfind('.');          // 12 - последняя точка

    if (lastDot != string::npos) {
        cout << "Extension: " << path.substr(lastDot + 1) << "\n"; // pdf
        cout << "Base: " << path.substr(0, lastDot) << "\n";       // report.final
    }
    return 0;
}

Чтобы изменить текст на месте, replace(pos, len, text) заменяет участок новым содержимым (которое может быть другой длины), а insert/erase добавляют или удаляют фрагменты:

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

int main() {
    string msg = "I like cats";

    msg.replace(7, 4, "dogs");   // заменить 4 символа на индексе 7
    cout << msg << "\n";          // I like dogs

    msg.insert(0, "Honestly, "); // добавить в начало
    cout << msg << "\n";          // Honestly, I like dogs

    msg.erase(0, 10);            // удалить первые 10 символов
    cout << msg << "\n";          // I like dogs
    return 0;
}

Строки и числа

Текст и числа не преобразуются сами собой - "42" это три символа, а не целое 42. Стандартная библиотека даёт вам функции преобразования в обе стороны. Используйте stoi, stod и им подобные, чтобы разбирать текст в числа, и to_string для движения в обратном направлении.

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

int main() {
    string countText = "42";
    int count = stoi(countText) + 8;     // 50

    double price = 3.99;
    string label = "Price: $" + to_string(price);

    cout << count << "\n";               // 50
    cout << label << "\n";               // Price: $3.990000
    return 0;
}

Здесь две ловушки. Во-первых, stoi("abc") бросает std::invalid_argument, поэтому защищайте недоверенный ввод с помощью try/catch. Во-вторых, to_string(3.99) даёт полное 3.990000 - если вам нужен контроль над точностью и форматированием, это задача для строковых потоков (string streams), и именно туда мы направимся дальше.

try {
    int n = std::stoi(userInput);
} catch (const std::invalid_argument&) {
    std::cout << "That wasn't a number.\n";
}

Далее: ввод и вывод

Всё это время вы выводили строки с помощью cout, но их чтение от пользователя таит свои сюрпризы - cin >> name останавливается на первом пробеле, поэтому для целой строки вроде "Ada Lovelace" вместо этого нужен std::getline. Следующая страница как следует разбирает ввод и вывод в C++: потоковые операторы, чтение целых строк и сочетание >> с getline без спотыкания об оставшиеся символы новой строки.