string类详解（上）

目录

• STL简介
• 为什么学习string类
• 标准库中的string类
• string类的模拟实现
• 现代版写法的String类
• 写时拷贝

1. STL简介

1.1 什么是STL

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

1.2 STL的版本

• 原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。HP 版本–所有STL实现版本的始祖。

• P. J. 版本

由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

• RW版本

由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

• SGI版本

由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

1.3 STL的六大组件

2. 为什么学习string类

C语言中，字符串是以’\0’结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。

3. 标准库中的string类

3.1 string类

string类的具体信息可以通过cplusplus网站进行查阅

在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

3.2 string类的常用接口说明

我们先来总的看一下string类的常用接口：

1. string类对象的常见构造
   
2. string类对象的容量操作
   
3. string类对象的访问及遍历操作
   
4. string类对象的修改操作
   
5. string类非成员函数
   

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接下来，我们通过一些具体的场景来学习如何使用这些接口：

• 如何构造一个string类对象
  

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;void test_string1()
{//常用string s1;string s2("hello world");string s3(s2);//不常用 了解string s4(s2, 3, 5);string s5(s2, 3);string s6(s2, 3, 30);string s7("hello world", 5);string s8(10, 'x');cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << s3 << endl;cout << s4 << endl;cout << s5 << endl;cout << s6 << endl;cout << s7 << endl;cout << s8 << endl;cin >> s1;cout << s1 << endl;
}int main()
{test_string1();return 0;
}

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补充：

void push_back(const string& s)
{}void test_string2()
{//构造string s1("hello world");//隐式类型转换string s2 = "hello world";const string& s3 = "hello world";push_back(s1);push_back("hello world");
}int main()
{test_string2();return 0;
}

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• string的遍历

第一种方法：

//class string
//{
//public:
//	//引用返回
//	//1. 减少拷贝
//	//2. 修改返回对象
//	char& operator[](size_t i)
//	{
//		assert(i < _size);
//
//		return _str[i];
//	}
//private:
//	char* _str;
//	size_t _size;
//	size_t _capacity;
//};void test_string3()
{string s1("hello world");cout << s1.size() << endl;//11//cout << s1.length() << endl;//11for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){s1[i]++;}s1[0] = 'x';//越界检查//s1[20];for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){//cout << s1.operator[](i) << " ";cout << s1[i] << " ";}cout << endl;const string s2("hello world");//不能修改//s2[0] = 'x';
}int main()
{test_string3();return 0;
}

注： size() 与 length() 方法底层实现原理完全相同，引入 size() 的原因是为了与其他容器的接口保持一致，一般情况下基本都是用 size() 。

第二种方法：

void test_string4()
{string s1("hello world");//遍历方式2：迭代器string::iterator it1 = s1.begin();while (it1 != s1.end()){*it1 += 3;cout << *it1 << " ";++it1;}cout << endl;//cout << typeid(it1).name() << endl;
}int main()
{test_string4();return 0;
}

void test_string4()
{list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);list<int>::iterator it = lt1.begin();while (it != lt1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}int main()
{test_string4();return 0;
}

第三种方法：

void test_string4()
{string s1("hello world");//遍历方式3：范围for（通用的）//底层角度，它就是迭代器for (auto& e : s1){e++;//不会影响s1中的数据，它是一个赋值拷贝；要加上引用才会改变s1中的数据cout << e << " ";}cout << endl;cout << s1 << endl;list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);for (auto& e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}int main()
{test_string4();return 0;
}

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注： 除了普通迭代器之外，还有

1. const迭代器
   

void test_string5()
{const string s1("hello world");//string::const_iterator it1 = s1.begin();auto it1 = s1.begin();while (it1 != s1.end()){//不能修改//*it1 += 3;cout << *it1 << " ";++it1;}cout << endl;
}int main()
{test_string5();return 0;
}

2. 反向迭代器
   

void test_string5()
{string s2("hello world");string::reverse_iterator it2 = s2.rbegin();//auto it2 = s2.rbegin();while (it2 != s2.rend()){*it2 += 3;cout << *it2 << " ";++it2;}cout << endl;const string s3("hello world");string::const_reverse_iterator it3 = s3.rbegin();//auto it3 = s3.rbegin();while (it3 != s3.rend()){//不能修改//*it3 += 3;cout << *it3 << " ";++it3;}cout << endl;
}int main()
{test_string5();return 0;
}

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• 按字典序排序
  

#include <algorithm>void test_string6()
{string s1("hello world");cout << s1 << endl;//s1按字典序（ASCII码）排序//sort(s1.begin(), s1.end());//第一个和最后一个不参与排序//sort(++s1.begin(), --s1.end());//前5个排序sort(s1.begin(), s1.begin() + 5);cout << s1 << endl;
}int main()
{test_string6();return 0;
}

• 插入字符
  

void test_string7()
{string s1("hello world");cout << s1 << endl;s1.push_back('x');cout << s1 << endl;s1.append(" yyyyyy!!");cout << s1 << endl;string s2("111111");s1 += 'y';s1 += "zzzzzzzz";s1 += s2;cout << s1 << endl;
}int main()
{test_string7();return 0;
}

注： 在string尾部追加字符时，s.push_back(‘c’) / s.append(1, ‘c’) / s += ‘c’ 三种的实现方式差不多，一般情况下string类的 += 操作用的比较多，+= 操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。

• 关于修改的一些接口
  

void test_string8()
{string s1("hello world");cout << s1 << endl;s1.assign("111111");cout << s1 << endl;//慎用，因为效率不高 -> O(N)//实践中需求也不高string s2("hello world");s2.insert(0, "xxxx");cout << s2 << endl;s2.insert(0, 1, 'y');cout << s2 << endl;s2.insert(s2.begin(), 'y');cout << s2 << endl;s2.insert(s2.begin(), s1.begin(), s1.end());cout << s2 << endl;
}int main()
{test_string8();return 0;
}

void test_string9()
{string s1("hello world");cout << s1 << endl;//erase效率不高，慎用，和insert类似，要挪动数据s1.erase(0, 1);cout << s1 << endl;//s1.erase(5);s1.erase(5, 100);cout << s1 << endl;//replace效率不高，慎用，和insert类似，要挪动数据string s2("hello world");s2.replace(5, 1, "%20");cout << s2 << endl;string s3("hello world hello bit");for (size_t i = 0; i < s3.size(); ){if (' ' == s3[i]){s3.replace(i, 1, "%20");i += 3;}else{i++;}}cout << s3 << endl;string s4("hello world hello bit");string s5;for (auto ch : s4){if (ch != ' '){s5 += ch;}else{s5 += "%20";}}cout << s5 << endl;
}int main()
{test_string9();return 0;
}

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我们来做几个题目：

• 仅仅反转字母
  

class Solution
{
public:bool isLetter(char ch){if (ch >= 'a' && ch <= 'z'){return true;}if (ch >= 'A' && ch <= 'Z'){return true;}return false;}string reverseOnlyLetters(string s){if (s.empty()){return s;}size_t begin = 0, end = s.size() - 1;while (begin < end){while (begin < end && !isLetter(s[begin])){++begin;}while (begin < end && !isLetter(s[end])){--end;}swap(s[begin], s[end]);++begin;--end;}return s;}
};

• 字符串中的第一个唯一字符
  

 class Solution
{
public:int firstUniqChar(string s){int count[26] = { 0 };//统计次数for (auto ch : s){count[ch - 'a']++;}for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i){if (1 == count[s[i] - 'a']){return i;}}return -1;}
};

• 验证回文串
  

class Solution
{
public:bool isLetterOrNumber(char ch){return (ch >= '0' && ch <= '9')|| (ch >= 'a' && ch <= 'z');}bool isPalindrome(string s){for (auto& ch : s){if (ch >= 'A' && ch <= 'Z'){ch += 32;}}int begin = 0, end = s.size() - 1;while (begin < end){while (begin < end && !isLetterOrNumber(s[begin])){++begin;}while (begin < end && !isLetterOrNumber(s[end])){--end;}if (s[begin] != s[end]){return false;}else{++begin;--end;}}return true;}
};

• 字符串相加
  

法一：

//时间复杂度：O(N^2) 因为头插的效率太低
class Solution
{
public:string addStrings(string num1, string num2){int end1 = num1.size() - 1;int end2 = num2.size() - 1;string str;int next = 0;//进位while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int x1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0': 0;int x2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0': 0;int x = x1 + x2 + next;//处理进位next = x / 10;x = x % 10;//头插//str.insert(0, 1, '0' + x);str.insert(str.begin(), '0' + x);}if (1 == next){str.insert(str.begin(), '1');}return str;}
};

法二：

//时间复杂度：O(N)
class Solution
{
public:string addStrings(string num1, string num2){int end1 = num1.size() - 1;int end2 = num2.size() - 1;string str;int next = 0;//进位while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int x1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0': 0;int x2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0': 0;int x = x1 + x2 + next;//处理进位next = x / 10;x = x % 10;//尾插str += ('0' + x);}if (1 == next){str += '1';}reverse(str.begin(), str.end());return str;}
};

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• string类对象的容量操作

void TestPushBack()
{string s;size_t sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 200; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}void test_string10()
{string s1("hello world hello bit");cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;cout << s1.max_size() << endl;TestPushBack();string s1("111111111");string s2("11111111111111111111111111111111111111111111111111");
}int main()
{test_string10();return 0;
}

void TestPushBack()
{string s;//知道需要多少空间，提前开好s.reserve(200);size_t sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 200; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}void test_string10()
{	TestPushBack();string s1("111111111");string s2("11111111111111111111111111111111111111111111111111");cout << s1.capacity() << endl;s1.reserve(100);cout << s1.capacity() << endl;s1.reserve(20);cout << s1.capacity() << endl;
}int main()
{test_string10();return 0;
}

void test_string11()
{string s1;//s1.resize(5, '0');s1.resize(5);s1[4] = '3';s1[3] = '4';s1[2] = '5';s1[1] = '6';s1[0] = '7';//76543//插入（空间不够会扩容）string s2("hello world");s2.resize(20, 'x');//删除s2.resize(5);//s2[10];try{s2.at(10);}catch (const exception& e){cout << e.what() << endl;}
}int main()
{test_string11();return 0;
}

注：

1. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。（代码中没有演示）
2. resize(size_t n) 与 resize(size_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不同的是当字符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size_t n, char c)用字符c来填充多出的元素空间。注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。
3. reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参数小于string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小。
4. 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。

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• string类的一些其他操作

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1void test_string12()
{string file("test.cpp");FILE* fout = fopen(file.c_str(), "r");char ch = fgetc(fout);while (ch != EOF){cout << ch;ch = fgetc(fout);}
}int main()
{test_string12();return 0;
}

void test_string12()
{string file("string.cpp.zip");size_t pos = file.rfind('.');//string suffix = file.substr(pos, file.size() - pos);string suffix = file.substr(pos);cout << suffix << endl;
}int main()
{test_string12();return 0;
}

void test_string12()
{string url("https://gitee.com/ailiangshilove/cpp-class/blob/master/%E8%AF%BE%E4%BB%B6%E4%BB%A3%E7%A0%81/C++%E8%AF%BE%E4%BB%B6V6/string%E7%9A%84%E6%8E%A5%E5%8F%A3%E6%B5%8B%E8%AF%95%E5%8F%8A%E4%BD%BF%E7%94%A8/TestString.cpp");size_t pos1 = url.find(':');string url1 = url.substr(0, pos1 - 0);cout << url1 << endl;size_t pos2 = url.find('/', pos1 + 3);string url2 = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));cout << url2 << endl;string url3 = url.substr(pos2 + 1);cout << url3 << endl;
}int main()
{test_string12();return 0;
}

void test_string13()
{string str("Please, replace the vowels in this sentence by asterisks.");size_t found = str.find_first_of("aeiou");while (found != string::npos){str[found] = '*';found = str.find_first_of("aeiou", found + 1);}cout << str << '\n';
}int main()
{test_string13();return 0;
}

void SplitFilename(const string& str)
{cout << "Splitting: " << str << '\n';size_t found = str.find_last_of("/\\");cout << " path: " << str.substr(0, found) << '\n';cout << " file: " << str.substr(found + 1) << '\n';
}int main()
{string str1("/usr/bin/man");string str2("c:\\windows\\winhelp.exe");SplitFilename(str1);SplitFilename(str2);return 0;
}

void test_string14()
{string s1 = "hello";string s2 = "world";string ret1 = s1 + s2;cout << ret1 << endl;string ret2 = s1 + "xxxxx";cout << ret2 << endl;string ret3 = "xxxxx" + s1;cout << ret3 << endl;//字典序比较cout << (s1 < s2) << endl;
}int main()
{test_string14();return 0;
}

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一个题目：

• 字符串最后一个单词的长度

#include <iostream>
using namespace std;int main()
{string str;//默认规定空格或者换行是多个值之间分割//cin >> str;//获取一行中包含空格，不能用>>getline(cin, str);size_t pos = str.rfind(' ');cout << str.size() - (pos + 1) << endl;return 0;
}

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• 输入多行字符依次打印：

int main()
{//默认规定空格或者换行是多个值之间分割string str;//ctrl + z 就可以结束while (cin >> str){cout << str << endl;}return 0;
}

• 字符串转整形，整形转字符串

int main()
{//atoi itoa//to_stringint x = 0, y = 0;cin >> x >> y;string str = to_string(x + y);cout << str << endl;int z = stoi(str);return 0;
}