关于标准库中的string类 - c++

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关于string类

string类的常用接口

string类常用接口的简单模拟实现

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关于string类

string类在cplusplus.com的文档介绍

• 1. string是表示字符串的字符串类

• 2. 该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。

• 3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;

• 4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

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

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string类的常用接口

 string 类对象的常见构造/析构

void Teststring()
{string s1; // 构造空的string类对象s1string s2("hello world"); // 用C格式字符串构造string类对象s2string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

string 类对象的容量操作

#include <iostream>
using namespace std;#include <string>//-----------------------------------------------------------------------
//测试string容量相关接口 
//size / capacity / clear / resizevoid Teststring()
{//注意：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出string s1("hello world");cout << s1.size() << endl;cout << s1.length() << endl;cout << s1.capacity() << endl;cout << s1 << endl;//将s1中的字符串清空，注意清空时只是将size清0，不改变底层空间的大小s1.clear();cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;//将s1中的有效字符个数增加到6个，并且使用'*'来进行填充s1.resize(6, '*');cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;cout << s1 << endl;// 将s1中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行填充// 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个s1.resize(15);cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;cout << s1 << endl;//另外，resize也有删除有效字符的功能,但是不会改变底层空间的大小s1.resize(1);cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;cout << s1 << endl;
}//-----------------------------------------------------------------------
//测试reserve
//1.是否改变string类中间的有效元素个数
//2.当reserve参数小于string底层空间时，是否会将空间缩小void TestReserve()
{string s1;s1.reserve(100);cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;s1.reserve(10);cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;
}int main()
{Teststring();TestReserve();return 0;
}

注意：

• 1. 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()。
• 2. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。

• 3. 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。
• 4. 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。

string 类对象的访问及遍历操作

#include <iostream>
using namespace std;#include <string>//---------------------------------------------------------------------
// string的遍历及访问
// 1.迭代器:begin()+end() / rbegin()+ rend() ...
// 2.for+operator[]  
// 3.范围for:底层实现是使用迭代器，实际上是迭代器的封装 （范围forC++11后才支持)void Teststring()
{string s1("hello world");//1.string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()){cout << *it;++it;}cout << endl;//2.for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i){cout << s1[i];}cout << endl;//3.for (auto ch : s1){cout << ch;}cout << endl;
}int main()
{Teststring();return 0;
}

string 类对象的修改操作

#include <iostream>
using namespace std;#include <string>//---------------------------------------------------------------------
//string的测试与修改
//1.插入(拼接）方式：push_back / append / operator+=
//2.任意位置插入：insert
//3.查找 / 反向查找：find / rfind
//4.替换字符：replace 
//5.截取子串 ：substr
//6.读取字符：geline
//7.删除:erase
//8.返回c形式字符串 ： c_strvoid TestString()
{string s1("hello world");//插入一个字符s1.push_back(' ');s1.push_back('i');  cout << s1 << endl;//插入一串字符s1.append(" ");s1.append("love");cout << s1 << endl;//c++更喜欢使用+=s1 += ' ';s1 += "you";cout << s1 << endl;
}void TestInsert()
{string s1("hello");//任意位置插入s1.insert(5, 1, ' ');s1.insert(6, "world");cout << s1 << endl;//使用迭代器s1.insert(s1.begin(), '!');s1.insert(s1.begin()+1, ' ');cout << s1 << endl;
}void TestFind_Replace()
{//笔试题：将下列所有空格都改成 %20//思路1.string str("hello world i love you");size_t pos = str.find(' ');while (pos != string::npos){str.replace(pos, 1, "%20");pos = str.find(' ');}cout << str << endl;//====================================//优化：//string str("hello world i love you");1.提前开空间，减少扩容消耗的效率//size_t num = 0;//for (auto ch : str)//{//	if (ch == ' ')//	{//		num++;//	}//}//str.reserve(str.size() + 2 * num);//size_t pos = str.find(' ');//while (pos != string::npos)//{//	str.replace(pos, 1, "%20");//	//2.避免重复访问数据，提高效率//	pos = str.find(' ', pos+3);//}//cout << str << endl;//==================================//思路2.//string str("hello world i love you");//string newStr;//size_t num = 0;//for (auto ch : str)//{//	if (ch == ' ')//	{//		num++;//	}//}//newStr.reserve(newStr.size() + 2 * num);//for (auto ch : str)//{//	if (ch != ' ')//	{//		newStr += ch;//	}//	else//	{//		newStr += "%20";//	}//}//cout << newStr << endl;}void TestFind_Substr()
{//笔试题：获取ulr中的域名string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/");cout << url << endl;size_t start = url.find("://");if (start == string::npos){cout << "invalid url" << endl;return;}start += 3;size_t finish = url.find('/', start);string address = url.substr(start, finish - start);cout << address << endl;}void TestRfind_Getline()
{//笔试题：求字符串最后出现单词的长度string str;//注意：为什么这里使用 getline 而不使用 cin //因为 cin 类似于scanf ，读取字符遇到空格或者\0就会终止，无法读取后面的字符//使用c++提供了 getline ：遇到换行符才会终止读取getline(cin, str);size_t pos = str.rfind(' ');if (pos != string::npos){cout << str.size() - pos - 1 << endl;}else{//只有一个单词的情况cout << str.size() << endl;}}void TestErase()
{string str("hello world");str.erase(5, 1);cout << str << endl;str.erase(5, 10);cout << str << endl;str.erase(1);cout << str << endl;
}void TestC_str()
{string str("hello world");cout << str << endl;cout << str.c_str() << endl;cout << str << endl;cout << (void*)str.c_str() << endl;str += ' ';str += '\0';str += "******";cout << str << endl;cout << str.c_str() << endl;
}int main()
{TestString();TestInsert();TestFind_Replace();TestFind_Substr();TestRfind_Getline();TestErase();TestC_str();return 0;
}

注意：

• 1. 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。
• 2. 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类常用接口的简单模拟实现

#include <iostream>using namespace std;#include <assert.h>
#include<string>class _string
{public://模拟实现常用接口//...private:char* _str;size_t size;size_t capacity;static const size_t npos;
};const size_t string::npos = -1;

注：npos

       关于npos ，这里建议类里面声明，类外面定义，不建议在类里面给缺省值。因为成员变量给缺省值是因为会在初始化列表进行初始化，但是strtic修饰的静态成员变量，不能给缺省值，因为静态成员变量存储位置在静态区，属于整个工程。

        另外，c++11有一个值得吐槽的地方，就是开了一个特例，如果加const ，那么整型静态成员变量可以给缺省值，如下图：

1.构造函数

	_string():_str(new char[1]), _size(0),_capacity(0){_str[0] = '\0';}_string(const char* str):_size(strlen(str)){_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}

问：为什么无参的字符串构造函数 _str(new char[1])  初始化不给 nullptr 要给一个空间且加上[ ]？

答：因为如果给nullptr的话，cout是会对_str进行解引用，这样会导致程序崩溃，所以才会给一个空间。而给[ ]是为了在析构的时候与delete[ ] 保持一致。

问：为什么 _str = new char[_capacity + 1] 中要+1？

答：因为_capacity是容量字符，指的是能够存取多少个有效字符，而vs认为 '\0'属于标识符，不属于有效字符的范畴，所以+1是为了给'\0'预留空间。

• 优化：以上两个函数可以优化为缺省函数

	_string(const char* str = "\0"):_size(strlen(str)){_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}

1.1拷贝构造

	_string(const _string& str):_size(str._size),_capacity(str._capacity){_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str._str);}

2.赋值 =

	_string operator=(const _string& str){delete[] _str;_str = new char[str._capacity + 1];strcpy(_str, str._str);_size = str._size;_size = str._capacity;return *this;}

• 上述代码有一个问题，就是程序开始就将_str的空间进行释放，这样可能会导致数据的丢失，所以需要进行优化。

	_string operator=(const _string& str){if (this != &str){char* tmp = new char[str._capacity + 1];strcpy(tmp, str._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = str._size;_capacity = str._capacity;}return *this;}

3.析构函数 ~

	~_string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}

4.成员访问

    char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}size_t size() const{return _size;}size_t capacity() const{return _capacity;}const char* c_str(){return _str;}

5.简单迭代器 iterator

	typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}

6.关系运算符（relational operators）string

    bool operator>(const _string& str) const{return strcmp(_str, str._str) > 0;}bool operator==(const _string& str) const{return strcmp(_str, str._str) == 0;}bool operator>=(const _string& str) const{return *this > str || *this == str;}bool operator<(const _string& str) const{return !(*this >= str);}bool operator<=(const _string& str) const{return !(*this > str);}bool operator!=(const _string& str) const{return !(*this == str);}

7.reserve

	void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}

问：这里为什么要加个 if 进行判断？

答：因为如果不进行判断，当 n < _capacity 的时候，会导致缩容的问题，对程序的安全造成隐患，因此要加个判断，避免出现缩容的情况。

8.push_back

	void push_back(char ch){if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}

       上述代码有一个隐藏的问题，那就是如果 _capacity 如果为 0 ，这个时候进行push_back，代码就会越界，从而崩溃。解决办法有两个，一是修改一下构造函数，而是进行判断，如果_capacity 为 0 就直接进行赋值。

优化：

	_string(const char* str = "\0"):_size(strlen(str)){_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}

9.append

	void append(const char* str){if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}size_t len = strlen(str);strcpy(_str + _size, str);_size += len;}

问：这里为什么不适用strcat？

答：因为 strcat 是自己去寻找 '\0' 的位置，而 _str + len 就是 '\0' 的位置 ，strcpy 函数会把需要拷贝的字符串最后的位置的 '\0'拷贝过来。

10.+=

	_string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}_string& operator+=(const  char* str){append(str);return *this;}

11.resize

void resize(size_t n, char ch = '\0')
{if (n <= _size){//保留前n个 - 删除数据_size = n;_str[_size] = '\0';}else  //n > size{if (n > _capacity){reserve(n);}size_t i = _size;while (i < n){_str[i++] = ch;}_size = n;_str[_size] = '\0';}
}

12.insert

	void insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}size_t end = _size;while (end >= pos){_str[end + 1] = _str[end];--end;}_str[pos] = ch;++_size;}

        以上代码有个问题，那就是 end 属于无符号整型，而 pos 也属于无符号整型，这里会造成程序的死循环。即使把 end 置成 int 类型，但是也会发生隐式类型转换，有符号会转换成无符号。也不建议进行强转，所以解决办法的话，就是修改挪动数据的逻辑。

优化：

	void insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];--end;}_str[pos] = ch;++_size;}

当然，insert 还需要重载插入字符串

	void insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_capacity * 2 + len);}size_t end = _size + len;while (end > pos + len - 1){_str[end] = _str[end - len];--end;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;}

这里之所以选择 strncpy 而不是 strcpy ，因为 strcpy 会拷贝字符串结尾的标识符 '\0'。

13.erase

	void erase(size_t pos, size_t len = npos){//尾部直接删除if (pos + len > _size || len == npos){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else //挪动数据{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}}

14.swap

	void swap(_string& str){std::swap(_str, str._str);std::swap(_size, str._size);std::swap(_capacity, str._capacity);}

15.find

	size_t find(char ch, size_t pos = 0){for (size_t i = pos; i < _size; ++i){if (_str[i] == ch){return i;}}return npos;}size_t find(const char* str, size_t pos = 0){assert(pos <= _size);char* p = strstr(_str + pos, str); //strstr : 返回第一次指针匹配的位置if (p == nullptr){return npos;}else{return p - _str;}}

17.<<

ostream& operator<<(ostream& out, const string& str)
{for (auto ch : str){out << str;}return out;
}

        注：因为在类域中存在this指针，而友元函数又会增加耦合度，破环封装，所以这里建议流插入或者流提取的实现不写在类域之中。

18.>>        

istream& operator>>(istream& in, string& str)
{char ch;in >> ch;while (ch != ' ' && ch != '\n'){str += ch;in >> ch;}return in;
}

         问：为什么如果输入多组字符，中间用空格或者换行隔开的话，编译器只能拿到第一组字符，拿不到后面的字符。

答：因为cin或者sancf读取的时候会默认忽然空格或者换行，不进行识别，默认空格或者换行是多个值之间的间隔。流提取并未在输入中获取字符，而是在缓冲区获取字符，而空格或者换行未进入缓冲区，c++/c 规定，值与值之间的区分必须是空格或者换行，所以输入空格或者换行会被认为是多个字符之间的间隔，不会被cin 或者 scanf 拿到。

优化：

istream& operator>>(istream& in, string& str)
{str.clear();  //清除掉之前的字符char ch = in.get(); //get()函数不区分间隔while (ch != ' ' && ch != '\n'){str += ch;ch = in.get();}return in;
}

上述版本只是一个简单的版本，实际实现可能有些复杂

istream& operator>>(istream& in, string& str)
{str.clear();  //清除掉之前的字符char ch = in.get(); //get()函数不区分间隔char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 127){buff[127] = '\0';str += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i != 0) //防止最后的数据没有添加进去{buff[i] = '\0';str += buff;}return in;
}

接口实现代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>using namespace std;#include <string>
#include <assert.h>class _string
{public:typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}//模拟实现 //_string()//	:_str(new char[1])//	, _size(0)//	,_capacity(0)//{//	_str[0] = '\0';//}_string(const char* str = "\0"):_size(strlen(str)){_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}_string(const _string& str):_size(str._size), _capacity(str._capacity){_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str._str);}_string operator=(const _string& str){if (this != &str){char* tmp = new char[str._capacity + 1];strcpy(tmp, str._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = str._size;_capacity = str._capacity;}return *this;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}size_t size() const{return _size;}size_t capacity() const{return _capacity;}const char* c_str(){return _str;}bool operator>(const _string& str) const{return strcmp(_str, str._str) > 0;}bool operator==(const _string& str) const{return strcmp(_str, str._str) == 0;}bool operator>=(const _string& str) const{return *this > str || *this == str;}bool operator<(const _string& str) const{return !(*this >= str);}bool operator<=(const _string& str) const{return !(*this > str);}bool operator!=(const _string& str) const{return !(*this == str);}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}void append(const char* str){if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}size_t len = strlen(str);strcpy(_str + _size, str);_size += len;}_string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}_string& operator+=(const  char* str){append(str);return *this;}void resize(size_t n, char ch = '\0'){if (n <= _size){//保留前n个 - 删除数据_size = n;_str[_size] = '\0';}else  //n > size{if (n > _capacity){reserve(n);}size_t i = _size;while (i < n){_str[i++] = ch;}_size = n;_str[_size] = '\0';}}void insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];--end;}_str[pos] = ch;++_size;}void insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_capacity * 2 + len);}size_t end = _size + len;while (end > pos + len - 1){_str[end] = _str[end - len];--end;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;}void erase(size_t pos, size_t len = npos){//尾部直接删除if (pos + len > _size || len == npos){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else //挪动数据{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}}void swap(_string& str){std::swap(_str, str._str);std::swap(_size, str._size);std::swap(_capacity, str._capacity);}size_t find(char ch, size_t pos = 0){for (size_t i = pos; i < _size; ++i){if (_str[i] == ch){return i;}}return npos;}size_t find(const char* str, size_t pos = 0){assert(pos <= _size);char* p = strstr(_str + pos, str); //strstr : 返回第一次指针匹配的位置if (p == nullptr){return npos;}else{return p - _str;}}void clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}~_string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;//static const size_t npos;static const size_t npos = -1;
};//const size_t string::npos = -1;ostream& operator<<(ostream& out, const string& str)
{for (auto ch : str){out << str;}return out;
}istream& operator>>(istream& in, string& str)
{str.clear();  //清除掉之前的字符char ch = in.get(); //get()函数不区分间隔char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 127){buff[127] = '\0';str += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i != 0) //防止最后的数据没有添加进去{buff[i] = '\0';str += buff;}return in;
}

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