信息学竞赛：字符数组 vs string 类 完全指南

在信息学竞赛（CSP-J/S, NOIP, NOI）中，字符串处理是必考内容。C++ 提供了两种主要的字符串处理方式：C 风格字符数组 和 C++ std::string 类。

一、字符数组 (C-style String)

字符数组是 C 语言遗留下来的处理方式，本质是 char 类型的数组，以空字符 \0 (ASCII 码为 0) 作为结束标志。

1. 定义与初始化

char s1[105];             // 定义长度为 105 的字符数组
char s2[] = "Hello";      // 自动推断长度 (实际为 6，包含 '\0')
char s3[105] = "Hello";   // 初始化

2. 输入与输出

• 不含空格：

  cin >> s1;            // 遇到空格、换行、Tab 停止
  cout << s1 << endl;
  scanf("%s", s1);      // 注意：不需要取地址符 &
  printf("%s", s1);
  

• 含空格（读取整行）：

  cin.getline(s1, 105); // 读取一行，最多读 104 个字符，自动补 '\0'
  // 或者 C 风格
  fgets(s1, 105, stdin); // 读取一行，会保留末尾的 '\n'
  

  注意：gets(s1) 因不安全已在 C++11 中被废弃，竞赛中严禁使用。

3. 常用函数 (<cstring> 头文件)

函数	功能	示例	注意事项
strlen(s)	求长度	int len = strlen(s1);	不包含 \0
strcpy(s1, s2)	复制	strcpy(s1, s2);	将 s2 复制到 s1，s1 空间需足够
strcat(s1, s2)	连接	strcat(s1, s2);	将 s2 拼接到 s1 后，s1 空间需足够
strcmp(s1, s2)	比较	if(strcmp(s1, s2)==0)	相等返回 0，s1>s2 返回正数
sprintf	格式化写入	sprintf(s1, "%d", 123);	将数字转为字符串存入 s1
sscanf	格式化读取	sscanf(s1, "%d", &n);	从字符串读取数字

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二、string 类 (C++ String)

std::string 是 C++ 标准库提供的字符串类，封装了动态内存管理，使用更安全、方便。需包含 <string> 头文件。

1. 定义与初始化

string s1;                // 空字符串
string s2 = "Hello";      // 直接赋值
string s3(5, 'a');        // "aaaaa"
string s4 = s2;           // 拷贝构造

2. 输入与输出

• 不含空格：

  cin >> s1;
  cout << s1 << endl;
  

• 含空格（读取整行）：

  getline(cin, s1);     // 读取整行，遇到换行符停止，不保留换行符
  

  注意：若前面有 cin >> n，需先用 getchar() 吃掉换行符，再 getline。

3. 常用成员函数

函数	功能	示例	注意事项
s.length() / s.size()	求长度	int len = s1.length();	返回 size_t (无符号整型)
s1 + s2	连接	string s3 = s1 + s2;	支持 string + char / string + string
s1 == s2	比较	if(s1 == s2)	支持 >, <, >=, <=
s.substr(pos, len)	截取子串	s1.substr(1, 3);	从下标 1 开始，长度 3
s.find(str)	查找	s1.find("abc");	找不到返回 string::npos
s.insert(pos, str)	插入	s1.insert(1, "X");	在下标 1 处插入
s.erase(pos, len)	删除	s1.erase(1, 2);	从下标 1 开始删 2 个
s.replace(...)	替换	s1.replace(1, 2, "X");	从下标 1 开始，长度 2 替换为 "X"
stoi(s) / to_string(n)	数值互转	int n = stoi(s1);	C++11 特性，需 <string>

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三、核心对比总结

特性	字符数组 (char[])	string 类
所属	C 语言风格	C++ 标准库类
内存管理	静态/手动，需预判最大长度	动态自动管理
结束标志	必须有 \0	内部维护长度，无需 \0
赋值	strcpy (不能直接用 =)	可以直接 =
连接	strcat (需确保空间)	+ 或 +=
比较	strcmp (不能直接用 >)	可直接用 ==, > 等
效率	略高 (无动态分配开销)	略低 (但现代编译器优化后差距很小)
安全性	低 (易溢出、忘加 \0)	高 (自动扩容、边界检查)
适用场景	极端性能要求、卡内存、C 接口交互	绝大多数竞赛题目

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四、信奥赛实战技巧与避坑

1. 什么时候用哪个？

• 首选 string：95% 的题目推荐使用 string，因为写起来快，不易出错（如赋值、比较、拼接）。
• 使用字符数组：
  • 题目内存限制极其严格（如 2MB）。
  • 需要与 C 风格 API 交互（如 fopen, scanf 大量读入）。
  • 涉及极其频繁的字符修改且 string 超时（string 的 insert/erase 是 $O(n)$ 的）。

2. 常见坑点

• getline 的换行符残留：

  int n;
  string s;
  cin >> n;
  // getchar(); // 必须吃掉 cin 留下的换行符，否则 getline 会读入空串
  getline(cin, s); 
  

• string 的下标越界： s[i] 不会自动检查越界，访问 s[s.length()] 是未定义行为（虽然通常是 \0），访问更大下标会 RTE。
• find 的返回值： string::npos 是一个很大的无符号数（通常是 -1 的补码）。

  if (s.find("a") != string::npos) { ... } // 正确
  if (s.find("a") != -1) { ... }           // 警告：有符号与无符号比较
  

• 字符数组的空间： 定义 char s[100] 最多只能存 99 个可见字符，第 100 位必须是 \0。若题目说字符串长度 100，数组要开 105。

3. 高效互转技巧

• string 转 char[]：

  string s = "hello";
  const char* c = s.c_str(); // 获取 C 风格字符串指针
  

• char[] 转 string：

  char c[] = "hello";
  string s = c; // 直接赋值
  string s2(c); // 构造函数
  

• 数字转字符串 (C++11)：

  int n = 123;
  string s = to_string(n); // "123"
  

• 字符串转数字 (C++11)：

  string s = "123";
  int n = stoi(s); 
  long long ln = stoll(s);
  

4. 性能优化建议

如果题目数据量达到 $10^5 \sim 10^6$ 级别，且涉及大量字符串拼接：

• 避免：s = s + "a" (每次可能重新分配内存)
• 推荐：s += "a" (通常有预留容量，效率更高)
• 推荐：string 的 reserve() 预分配空间。

  string s;
  s.reserve(100000); // 预分配 10 万字符空间，避免多次扩容
  

总结：在 CSP-J/S 及 NOIP 比赛中，无脑用 string 通常是最佳策略，除非你明确遇到了 TLE 或 MLE 且确定是字符串操作引起的。