[C++ 面试基础知识总结]字符串，向量和数组

参考书籍：《C++ Primer》

目录

• C 面试基础知识总结字符串向量和数组
  • 目录
  • string
    • string的读写
    • stringsize_type类型
    • string对象和字面值相加
  • vector容器
    • vector的初始化
    • 使用vector的注意事项
  • 迭代器
    • 迭代器运算符
    • 使用迭代器实现二分查找
  • 数组
    • 初始化和赋值
    • 字符数组
    • 数组与指针
    • C风格字符串
    • 多维数组中的指针

string

string的读写

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, const char * argv[]) {
    string s;
    cin >> s;
    cout << s << endl;
    return 0;
}

如果输入” Hello World! “，得到的结果为“Hello”，因为在执行读取操作时，string对象会自动忽略开头的空白（空格符，换行符，制表符等）并从第一个真正的字符开始读起，直到遇到下一处空白为止。

string::size_type类型

string类型的size()函数返回类型为string::size_type，这个类型是一个无符号类型的值，且能足够放下任何string对象的大小。所以尽量不要在一个表达式中混用string::size_type和int，不然可能会带来问题。

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, const char * argv[]) {
    string s = "Hello";
    int n = -1;
    bool flag = s.size() < n;
    cout << flag << endl;
    return 0;
}

从表面上看，字符串s的长度应该为5（用字面值给字符串赋值时，不会复制字面值最后的那个空字符，所以不是6），而n为-1，5>-1，flag值应为0（假），但实际输出的值却是1（真），这是由于string::size_type是一个无符号整数，在与-1进行比较的时候会将-1转换成一个很大的无符号整数，导致最后结果为真。

string对象和字面值相加

当string对象和字符串字面值混在一条语句中使用时，必须保证每个加法运算符都至少有一运算对象为string，两个字符串字面值不能直接相加。

string s1 = "Hello", s2 = "World";
//正确
string s3 = s1 + "!" + s2;
//错误 不能把字符串字面值直接相加
string s4 = "Hello" + "!" + s2;
//正确
string s5 = "Hello" + ("!" + s2);

注意：字符串字面值和string是不同的类型，如上述的s1和”Hello”的类型是不同的！

vector容器

vector的初始化

用一个整数来初始化vector<int>时,整数的含义可能是vector对象的容量也可能是元素的值，如果用圆括号，可以说提供的值是用来构造vector对象的，而用花括号，可以表述成列表初始化vector对象。具体区别如下所示：

// v1有10个元素，每个元素的值都为0（int类型的默认初始值）
vector<int> v1(10);
// v2有1元素，值为10
vector<int> v2{10};
// v3有10个元素，每个元素值都为1
vector<int> v3(10,1);
// v4有2个元素，值分别为10和1
vector<int> v4{10,1};

如果使用花括号但提供的值又不能列表初始化时，会用这样的值来构造vector对象。

// 错误，不能用字面值来构建vector对象
vector<string> v1("hi");
// v2有1元素，值为"hi"，列表初始化
vector<string> v2{"hi"};
// v3有10个元素，每个元素值都为空string对象，不能列表初始化，用默认值构造vector对象
vector<string> v3{10};
// v3有10个元素，每个元素值都为"hi"，不能列表初始化，用提供的值构造vector对象
vector<string> v4{10,"hi"};

使用vector的注意事项

vector的size()函数与string的同名函数功能完全一致，但要使用size_type时，需指定它是由哪种类型定义的，vector对象的类型总是包含着元素的类型。

vector<int>::size_type //正确
vector::size_type      //错误

不能用下标的形式添加元素，在vector对象中使用下标运算符时一定要保证该元素确知已存在，不然会产生很严重的后果。

vector<int> v;
for (decltype(v.size()) i = 0; i != 10; i++) {
    v[i] = 1; //错误，v初始为空，不包含任何元素
}

vector<int> v;
for (decltype(v.size()) i = 0; i != 10; i++) {
   v.push_back(1); //正确
}

迭代器

迭代器运算符

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, const char * argv[]) {
    string s("Hello");
    //确保字符串s非空
    if (s.begin() != s.end()) {
        auto t = s.begin();
        ++*t;
        cout << *t << endl;
        ++t;
        if (t != s.end()) {
            cout << *t << endl;
        }
    }
    return 0;
}

++*t是将t指向的字符加1，而++t是将t移动到下一个元素。所以两次输出的结果分别为I（第一个字符H加1），e（第二个字符）。

使用迭代器实现二分查找

示例，在有序的int型vector对象中找到等于2的元素，并打印出查找路径上的元素。

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

int main(int argc, const char * argv[]) {
    vector<int> v{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    auto begin = v.begin(), end = v.end();
    auto mid = begin + (end - begin)/2;
    while (mid != end) {
        cout << *mid << endl;
        if (*mid == 2) {
            cout << "success" << endl;
            break;
        }
        else if (*mid > 2){
            end = mid;
        }
        else{
            begin = mid + 1;
        }
        mid = begin + (end - begin)/2;
    }
    return 0;
}

运行结果：

6
3
2
success

需要注意的是，由于v.end()指向的是v中尾元素的的下一位置，所以第一次查找的数是6，而不是5。调整范围时end = mid; begin = mid + 1;有区别，begin是指向mid的后一个元素，而end是直接指向mid的元素。

数组

初始化和赋值

数组声明时必须初始化维度（数组中的元素个数）或进行列表初始化根据初始值的数量计算并推测出来，且维度必须是一个常量表达式（什么是常量表达式？）

unsigned sz1 = 10;
constexpr unsigned sz2 = 10;
// 正确，声明一个含有10个整数的数组
int a1[10];
// 错误，sz1不是常量表达式
int a2[sz1];
// 正确，声明一个含有10个整数的数组
int a3[sz2];
// 错误，未初始化维度
int a4[];
// 正确，维度是3的数组
int a5[] = {0,1,2};
// 错误，不能用数组内容拷贝给其他数组作为其初始值，也不能用数组为其他数组赋值
int a6[] = a5;

字符数组

字符串字面值结尾处有一个空字符，赋值给字符数组时会一起拷贝过去。

// 列表初始化，没有空字符
char a1[] = ['C','+','+'];
// 列表初始化，含有显式空字符
char a2[] = ['C','+','+','\0'];
// 自动添加结尾处的空字符
char a3[] = "C++";
// 错误，没有空间存放空字符
char a4[3] = "C++";

数组与指针

// 含有10个整型指针的数组
int *p1[10];
// 指向一个含有10个整数的数组的指针
int (*p2)[10];
// 指向一个含有10个整型指针的数组的指针
int *(*p3)[10];

int a[2] = {1,2};
//因为无法用数组的内容初始化另一个数组，所以用auto可以推断出p4类型为整型指针，指向a的第一个元素
auto p4 = a;

数组的指针支持vector和string的迭代器的全部运算。C++11还引入了两个名为begin和end的函数，功能与容器中的两个同名函数类似。

int a[5] = {0,2,4,6,8};

// 以下3种写法等价，都是将指针指向数组的第一个元素
int *p1 = a;
int *p2 = &a[0];
int *p3 = begin(a);

// n1值为8（将p1前进4个元素后解引的值即a[4]）
int n1 = *(p1 + 4);
// n2值为4（将p1解引后加4的值即a[0]+4）
int n2 = *p1 + 4;

C风格字符串

字符数组是C风格字符串，充满安全风险，容易引发严重错误，所以推荐使用标准库string。

char a[] = {"C","+","+"};
// strlen函数是计算字符串长度的，这里会出错，因为没有以空字符结尾，函数将可能沿着数组的内存位置不断向前寻找，直到遇到空字符才停下来。
count << strlen(a) << endl;

比较和拼接字符串的时候要注意：

char s1[] = "Hello", s2[] = "World";
//错误，这里比较的将是s1和s2的地址，而不是字符串本身
if (s1 < s2)
//正确比较字符串
if (strcmp(s1,s2))

//错误，s1和s2是两个指针相加
char s3[] = s1 + s2;
//声明一个足够放下s1和s2的字符数组，如果无法估计准确，会出现安全风险
char s4[11];
//将s1复制到s4之后返回s4
strcpy(s4,s1);
//将s2加到s4之后返回s4
strcat(s4,s2);

多维数组中的指针

#include <iostream>

int main(int argc, const char * argv[]) {

    int a[2][3] = {{0,2,4},{6,8,10}};
    // 等价于 int (*p)[3] = a,p指向含有3个整数的数组
    auto p = a;
    cout << **(p+1) << endl;
    cout << *(*p+1) << endl;
    cout << (**p+1) << endl;
    return 0;
}

输出结果分别为：

6
2
1

**(p+1)是将指针p向后推进1个元素再进行两次解引，第一解引结果*(p+1)为指向数组{6，8，10}首元素的指针，再次解引则为整数6。
*(*p+1)是先将p进行解引，解引结果*p为指向数组{0,2,4}首元素的指针，往后推进1个元素后指向第二个元素，解引得整数2。
(**p+1)是将p连续解引两次，得到数组{0,2,4}首元素0，加1后得到整数1。