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C++学习笔记(一)——数据类型与字符串

C++ 学习笔记
完整整理版· 含原理解析 / 易错对比 / 速查表
涵盖：数据类型· 函数与作用域 · 容器 · 字符串 · 二叉树 · 排序 · 类结构
一、数据类型与字符串
1.1 string 与 char 的区别
C++ 中有两套字符串机制：C 风格的 char 数组，以及 C++ 标准库的 string 类。两者都能存储字符串，但在使用便捷性和功能上差异显著。
对比项
string
char 数组
定义字符串
string name = "张三";
char name[] = "张三";
结构体赋值
p.name = "张三"; // 直接赋值
strcpy(p.name, "张三"); // 必须用函数
仅定义单字符
string s = "A"; // 仍是字符串
char c = 'A'; // 单字符，注意单引号
不用数组定义
可存任意长度字符串
char c; 只能存1个字符！
拼接
str1 + str2 直接拼接
需用 strcat()，麻烦
获取长度
s.size() 或 s.length()
strlen()，不含 \0
推荐程度
✅ 日常首选
⚠️ 仅在需要 C 接口时用
��提示日常编写 C++ 优先使用 string。char 数组主要出现在需要与 C 库函数（如 strcmp、strcpy）交互的场景，或函数返回值要求 char* 时。
1.2 数组的初始化与有效长度
C++ 数组在定义时如果不显式初始化，内存中残留的是上一次使用的随机值（垃圾数据）。不同初始化方式的行为如下：
几种初始化方式
// ① 未初始化 → 垃圾数据，访问 data[0] 得到随机值
int data[5];
// ② 全零初始化 → 所有元素置 0
int data[30] = {0};
// ③ char 数组字符串初始化
char data[30] = {"张三"};
// 结果：前4字节存 UTF-8 编码的"张三"，其余 26 字节全是 '\0'
// ④ 部分初始化 → 未指定的元素自动置 0
int arr[5] = {1, 2}; // arr = {1, 2, 0, 0, 0}
sizeof 只能得到总长度，无法得到有效长度
对于 char 数组，sizeof(data) / sizeof(char)返回的是数组总分配长度（如 30），而不是实际字符串长度。要获取有效字符数，需手动遍历到 '\0'为止：
char data[30] = {"张三"};
char* p = data;
while (p != '\0') { p++; }
int len = p - data; // 有效字符字节数（UTF-8下"张三"= 6字节）
// string 则非常简单：
string s = "张三";
s.size(); // 直接返回字节数（UTF-8下=6）
⚠️ 注意 sizeof 是编译期运算符，只知道数组分配了多少空间，不知道里面存了多少有意义的内容。string.size() 才是真正的字符串长度。
1.3 动态数组（new / delete）
C++ 标准规定数组大小必须是编译期常量，因此 int data[n]（n 是运行时变量）在标准 C++ 中不合法（部分编译器作为扩展支持，但不可移植）。正确做法是用 new 在堆上动态分配：
int n;
cin >> n;
// ❌ 不标准（变长数组，VLA），不建议
// int data[n];
// ✅ 标准做法：在堆上动态分配
int data = new int[n];
// data 是首地址指针
// data[i] 等价于 (data + i)，访问第 i+1 个元素
data[0] = 10;
data[n-1] = 99;
// 用完必须释放，否则内存泄漏！
delete[] data; // 注意：数组用 delete[]，单个对象用 delete
��说明new 在堆（Heap）上分配内存，生命周期由程序员手动管理；局部变量在栈（Stack）上，函数返回自动释放。用 new 分配的内存必须配对 delete/delete[] 释放。
1.4 字符（char）与字符串（string）的运算差异
这是一个高频出错点。C++ 中字符和字符串是完全不同的类型，运算符的含义也完全不同。
类型
定界符
+ 的含义
- 的含义
char（字符）
单引号'A'
整数相加（ASCII值）
ASCII 差值（有意义）
string（字符串）
双引号"AB"
字符串拼接
地址差值（无意义）
// 字符运算（本质是整数运算）
'A' + 1 // = 66，即 'B' 的 ASCII 码
'9' - '0' // = 9，将字符数字转为整数数字的常用技巧
'z' - 'a' // = 25，字母间距
// 字符串运算
string s1 = "Hello";
string s2 = "World";
string s3 = s1 + s2; // = "HelloWorld"
// ⚠️ 陷阱：字面量字符串不能直接相加
// string s = "Hello" + "World"; // ❌ 编译错误！两个都是 const char
string s = string("Hello") + "World"; // ✅
⚠️ 注意遍历字符串时 s[i] 得到的是 char，判断时必须用单引号：if(s[i] == '.') 而非 if(s[i] == ".")。类型不匹配会导致编译错误或隐式转换问题。