C++启蒙课程：第16章 string类和标准模板库

我们将迎来“超级宝库”——STL！掌握 `string`、`vector`、智能指针和算法，用最少的代码完成最复杂的任务！

🎗️

魔法绳索与弹性数组

掌握“自动伸缩的魔法绳” `string` 和“超级弹性数组” `vector`。

🤵

内存保镖与数据导航

认识“内存的智能保镖” `unique_ptr` 和“数据GPS” `iterator`。

🤖

通用指令与函数魔术师

学会“可携带的函数机器人” `Functor` 和“万能操作指令” `algorithm`。

课时一：魔法绳索与弹性数组

（覆盖知识点 16.1, 16.3, 16.7）

16.1.2 “魔法绳索” (string I/O)

`cin` 机器人遇到空格就停下。`getline()` 机器人能把“魔法绳”拉长，装下整行。

输入: "Super Apple Pie"

#include <string>
string s;
// 16.1.2 读取一整行 (魔法绳)
getline(cin, s); 

// 16.1.1 构造
string s1 = "hello";
string s2(s1);
                    

16.3 “超级弹性数组” (vector)

`vector` 是“弹性数组”。你不需要预先知道大小，用 push_back() 就能自动“伸长”装下新数据。

Vector (Size: 0):

#include <vector>
// 16.3.1 声明
vector scores;

// 16.3.2 动态添加
scores.push_back(99);
scores.push_back(100);

// 16.7.2 C++11 初始化
vector v = {1, 2, 3};
                    

课时二：内存保镖与数据导航

（覆盖知识点 16.2, 16.4）

16.2 “内存的智能保镖”

`unique_ptr` 是“智能保镖”，它拥有数据的“独家契约”。所有权必须用 std::move 转移，原指针失效。

ptr1

ptr2

🤵 Data

#include <memory>
// 16.2.3 智能保镖
unique_ptr ptr1(new int(100));

// ptr2 = ptr1; // 错误！禁止复制
// 16.2.3 必须转移所有权 (独家契约)
unique_ptr ptr2 = std::move(ptr1);

// ptr1 自动变为 nullptr (失效)
// ptr2 拥有内存
// main 结束时, ptr2 自动 delete
                    

16.4 “数据探险家的GPS”

迭代器 (it) 就像一个GPS。++it 是“移动到下一个位置”，*it 是“读取当前位置的数据”。

vector v = {10, 20, 30}

📍

10 20 30

vector v = {10, 20, 30};
// 16.4.1 迭代器 (GPS)
vector::iterator it;

// 指向第一个位置
it = v.begin(); 
// 移动到下一个位置
++it; 
// 读取当前位置 (20)
cout << *it; 
                    

课时三：通用指令与函数魔术师

（覆盖知识点 16.5, 16.6）

16.5 “可携带的函数机器人”

函数对象 (Functor) 是一个重载了 () 的对象。它像一个机器人，既能执行指令 (())，还能携带“状态”（成员变量）。

机器人 🤖 (Total: 0)

// 16.5.1 函数机器人
class Adder {
private:
    int total; // 携带的状态
public:
    Adder(int t = 0) : total(t) {}
    // 重载 () 运算符
    void operator()(int n) { 
        total += n;
        cout << "New Total: " << total;
    }
};
// Adder robot;
// robot(10); // 像函数一样调用
                    

16.6 “万能操作指令” (算法)

STL 算法 (如 std::sort) 是“万能指令”。它们不关心容器，只关心你用“GPS” (迭代器) 告诉它的起止点。

vector scores = {95, 88, 100, 75}

#include <algorithm>
#include <functional>

vector scores = {95, 88, 100};

// 16.6 算法
sort(scores.begin(), scores.end());

// 16.5.2 使用函数符
sort(scores.begin(), scores.end(), 
     greater());
                    

编程实践与作业

是时候检验你作为“STL效率大师”的实力了！

练习 1：字符串与弹性数组 (16.1, 16.3)

任务：

编写程序，要求用户输入5个水果的名称（使用 string，可包含空格），将它们存储在一个 vector 中。然后使用基于范围的 for 循环打印出所有名称。

点击查看参考答案

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

int main() {
    vector fruits; // 16.3.1 声明
    string fruit_name;

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        cout << "第 " << i + 1 << " 个: ";
        getline(cin, fruit_name); // 16.1.2
        fruits.push_back(fruit_name); // 16.3.2
    }
    cout << "\n你输入的水果是:" << endl;
    // 16.3.4 基于范围的 for
    for (const string & name : fruits) {
        cout << " - " << name << endl;
    }
    return 0;
}
                            

练习 2：内存保镖 (unique_ptr) (16.2)

任务：

编写一个程序，演示如何使用 unique_ptr 分配一个动态整数，并使用 std::move 将其所有权转移给另一个指针。

点击查看参考答案

#include <iostream>
#include <memory> // 引入智能指针
#include <utility> // 用于 std::move
using namespace std;

int main() {
    // 16.2.1 守护动态内存
    unique_ptr ptr1(new int(100));

    unique_ptr ptr2;
    // 16.2.3 必须使用 std::move 转移所有权
    ptr2 = std::move(ptr1); 

    cout << "ptr2 守护的值: " << *ptr2 << endl;
    if (ptr1 == nullptr) {
        cout << "ptr1 已经失效。" << endl;
    }
    // ptr2 结束时自动 delete
    return 0;
}
                            

练习 3：万能指令 (STL 算法) (16.6)

任务：

编写一个程序，使用 vector 存储一组分数。然后使用 std::sort 算法和 greater 函数符对分数进行**降序**排序。

点击查看参考答案

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // 16.6 算法库
#include <functional> // 16.5.2 函数符库
using namespace std;

int main() {
    vector scores = {95, 88, 100, 75, 99};

    // 16.6.2 使用迭代器区间
    // 16.5.2 使用预定义函数符
    sort(scores.begin(), scores.end(), greater());

    cout << "降序排序后: ";
    for (int s : scores) cout << s << " ";
    cout << endl;

    return 0;
}
                            

本章知识点总结与复习

核心概念	解释/功能	关键用法/示例
string 类	“魔法绳索”，自动管理大小和内存。	string s; getline(cin, s);
vector 模板类	“超级弹性数组”，可在运行时动态调整大小。	vector v; v.push_back(item);
智能指针	“内存保镖”，在对象过期时自动 `delete`。	unique_ptr p(new T);
`unique_ptr`	独占所有权，必须用 `std::move` 转移。	p2 = std::move(p1);
迭代器	“数据GPS”，访问容器元素的通用指针。	v.begin(), *it, ++it
函数对象 (Functor)	重载了 `operator()` 的类对象，可携带状态。	class Adder { ... };
STL 算法	“万能指令”，不依赖容器，操作迭代器区间。	std::sort(begin, end);