【C++】string类的使用

目录

一、标准库中的string类

二、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

2.1、size 与 length

2.2、capacity 与 reserve

2.3、resize

2.4、总结

3、string类对象的访问及遍历操作

3.1、operator[] 与 at

3.2、begin + end

3.3、rbegin + rend

3.4、 const类型迭代器

3.5、范围for

4. string类对象的修改操作

4.1、push_back、append、operator+=

4.2、insert 与 erase

4.3、find 与 replace

4.4、substr 与 rfind

4.5、c_str

4.6、find_first_of 与 find_last_of

5、string类非成员函数

5.1、getline

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一、标准库中的string类

string类是由模板 basic_string 显示实例化为 char 类型得到的类，并用关键字 typedef 命名为 string 。

 当模板参数是 char 时，类名为 string ，与之相对的，还有其他各种各样由模板 basic_string 显示实例化的到的类名，比如：wstring、u16string、u32string等

 wstring 类管理的是 wchar_t 类型的字符，一个字符占据 2 个字节。

 u16string 类管理的是 char16_t 类型的字符，一个字符占据 2 个字节。

 u32string 类管理的是 char32_t 类型的字符，一个字符占据 4 个字节。

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之所以要区分出这么多字符类，是为了满足各种各样不同的需求，比如编码的需求。

 以 ascll 码为例，ascll码的出现是为了更好的表示英文，算上26个字母、10个数字以及各种各样的符号、控制字符等等，只需要 128 个字符的映射表就能满足几乎所有的表示需求。

但是对于中文、甚至是更加复杂的文字而言，128个字符的映射表就已经没有办法满足需求了，就需要更多字符的映射表，自然也需要占据更多字节大小的空间。

为了更好的满足这一需求，就出现了另一个编码规则：Unicode，即统一码。统一码又分为 3 种，分别为 UTF-8、UTF-16、UTF-32。

UTF-8兼容ascll码，对不同范围的字符使用不同长度的编码，也是我们最常用的编码方式。

 对于0x00-0x7F之间的字符，UTF-8编码与ascll编码完全相同。UTF-8编码的最大长度是4个字节。从上表可以看出，4字节模板有21个x，即可以容纳21位二进制数字。统一码的最大码位0x10FFFF也只有21位。UTF-8 编码以二进制数字的前缀来区分一个字符占据几个字节。

其中类 string 所对应的编码方式就是 UFT-8 。

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 我们来举个例子具体说明一下：

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 str1 中存储的是英文字母，使用 ascll 码即可表示（一个字符占据一个字节），例如 'h' 的值为十进制 104 ，换算到八位二进制为 01101000 ，前缀为零。

 str2 中存储的是中文字符，一个字符占据两个字节，所以这两个字节的二进制数前缀分别为 110 与 10。转换成十进制表现为两个负数。两个中文字符就是四个字节，加上最后的 '\0' 为五个字节大小。

通过更改中文字符的数值，我们可以观察到中文字符编码的规律是把同音字编在一起的：

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二、string类的常用接口

1、string类对象的常见构造

(constructor)函数名称	功能说明
string()	构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s)	用C-string来构造string类对象
string(size_t n, char c)	string类对象中包含n个字符c
string(const string& s)	拷贝构造函数
string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos)	拷贝从字符串第 pos 个字符开始向后的 npos 个字符

例如：

 对于 string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos) ，库中提供了一些额外的解释，如果 npos 的大小超出了字符串的有效长度范围，就自动取到字符串中最后一个有效字符为止。如果没有指定 npos 的值，就使用缺省参数 -1 ，由于 size_t 是无符号整型，所以 -1 实际上是二进制的全一，即最大的整型数值 2^32 - 1 。

2、string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size（重点）	返回字符串有效字符长度
length	返回字符串有效字符长度
capacity	返回空间总大小
empty （重点）	检测字符串是否为空串，是返回true，否则返回false
clear （重点）	清空有效字符
reserve （重点）	为字符串预留空间**
resize （重点）	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充

2.1、size 与 length

 size 与 length 都是返回字符串的有效字符长度，用法如下：

 功能完全相同，只是为了名字与 stl 中其他模板的名称保持一致，就增加了一个 size ，除了名字不同外，没有区别。

2.2、capacity 与 reserve

 capacity 返回空间总大小，用于观察开辟空间的情况：

 当不断向string对象 s 中尾插字符时，会导致 s 不断的扩容，可以发现除了第一次扩容外，其他扩容后的大小都是上一次的 1.5 倍。

 string 对象第一次扩容的规则大致如下：

 类string中有一个容量为 16 个字符的数组 buf ，如果对象中存储的字符数量小于等于 16 个，就会把字符存入数组 buf 中，不使用指针 _ptr 。如果对象中存储的字符数量大于 16 个，就会使用指针 _ptr 来开辟空间，第一次直接开辟 32 个字符的空间，并把字符存放在新开辟的空间中， buf 不再使用。之后每次开辟的空间大小是开辟之前大小的 1.5 倍。

这种规则只适用于VS编译器，不同的编译器有不同的扩容规则。

为了防止编译器不断的给 string 对象扩容空间，造成资源的浪费，我们可以使用 reserve 直接给对象预留一定大小的空间：

 其中因为一些内存对齐等原因，实际内存空间与我们设定的有一些出入，但一定不会比我们设置的小。

2.3、resize

 resize 将有效字符的个数改成 n 个，多出的空间用字符c填充。 resize 可以扩容空间，并进行初始值填充：

可以看到 resize 与 reserve 不同。使用 resize 进行扩容的时候，也进行了字符填充，使对象的有效字符长度也发生了变化。

 在vs编译器中，默认填充的字符是 '\0' 。

我们也可以指定填充的字符，写成如下形式：

 如果指定的 n 值比 size 小，则会删除数据，保留前 n 个：

 size 变为 5 ， capacity 的值不变。 

2.4、总结

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。

3、string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[]	返回pos位置的字符，const string类对象调用
begin+ end	begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭 代器
rbegin + rend	begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭 代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

3.1、operator[] 与 at

 operator[] 返回pos位置的字符，是一个运算符重载，关于运算符重载的内容，在《类和对象（二）》里有过详细的说明。

 at 的作用与 [] 类似，都是获取指定下标的数据，只不过在越界的处理方面有些不同。如果 [] 中的下标越界，程序会直接发生断言错误，终止程序，而如果 at 指向的下标越界，则会进行抛异常。

3.2、begin + end

我们想要打印一个数组，除了使用运算符重载 [] 外，还可以使用 begin 与 end 获取迭代器。具体用法如下：

 关于迭代器，大家暂时可以先理解为指针， begin 是第一个位置的指针， end 是最后一个位置的下一个位置的指针。

3.3、rbegin + rend

 rbegin 与 rend 获取的是反向迭代器，目前阶段同样可以先把他们看作指针，其中 rbegin 指向最后一个数据的位置， rend 指向第一个位置的前一个位置：

 用法如下：

3.4、 const类型迭代器

当使用 const 类型来接收string类对象时，如果直接使用关键字 interator 来定义迭代器变量，编译器会报错。

 所以为了保证权限不被放大，需要使用关键字 const_iterator 来定义迭代器变量：

3.5、范围for

打印一个数组，还有另一种方法，就是使用 范围for ，具体用法如下：

 实际上，范围for的底层就是使用迭代器来实现的。

4. string类对象的修改操作

函数名称	功能说明
push_back	在字符串后尾插字符c
append	在字符串后追加一个字符串
operator+= (重点)	在字符串后追加字符串str
c_str(重点)	返回C格式字符串
find(重点)	从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置
replace	替换字符串pos位置，len长度的字符
rfind	从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置
substr	在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回
insert	在str中插入字符
erase	在str中删除字符
find_first_of	找到其中任意一个字符，并返回其位置
find_last_of

4.1、push_back、append、operator+=

 push_back 在字符串尾部插入字符，具体用法如下：

 append 在字符串尾部插入字符串，具体用法如下：

 相比较于以上两种接口，最简单且最常用的其实是 operator+= ，具体用法如下：

4.2、insert 与 erase

 insert ：在字符串的 pos 位置插入字符串或者 n 个字符。

比如在字符串 "world" 的第 0 个位置插入字符串 "hello" ：

在字符串 "helloworld" 第 5 个位置插入 1 个字符 ' ' ： 

  erase ：在字符串的 pos 位置删除 n 个字符。

例如，在字符串 "hello world" 的第 6 个位置删除 1 个字符：

 如果指定的 n 超出了字符串的有效范围，或者不指定 n 的值，就删除到字符串最后的位置。

 

 注意： insert 与 erase 不推荐经常使用，因为他们可能都要挪动数据，效率低下。

4.3、find 与 replace

 find ：从字符串的 pos 位置向后寻找指定字符，返回该字符在字符串中的位置，如果没有指定 pos 的值，就使用缺省参数 0 。如果字符串中没有找到指定字符，就返回 npos ，即无符号整型 -1 。

例如，找到字符串 "hello world" 中 ' ' 的位置：

 找到字符串 "hello world i love you" 中第二个 ' ' 的位置：

 replace ：替换字符串 pos 位置， len 长度的字符。

例如，把字符串 "hello world i love you" 中所有的 ' ' 都替换为 "%20" ：

 这样每次使用 replace 来替换字符，都会扩容空间，为了提高效率，我们可以使用 reserve 来提前开辟空间：

4.4、substr 与 rfind

 substr ：在str中从 pos 位置开始，截取 n 个字符，然后将其返回。

例如：打印字符串 "string.cpp" 的后缀：

如果我们不指定 n 的值，就使用缺省参数 npos ，即无符号整型 -1 。 不指定 pos 的值，就是用缺省参数 0 ：

不过也有时，文件的名字中存在多个字符 '.' ， 为了寻找文件真正的后缀，我们需要找到最后一个 '.' 的位置。可以使用 rfind ：从字符串pos位置开始往前找指定字符，返回该字符所在的位置：

4.5、c_str

 c_str 返回C格式字符串。

打印字符串有如下两种方式：

 其中第一种，s 是自定义类型， "<<" 是自定义类型重载的流插入。第二种 s.c_str() 返回的是C格式字符串的指针，类型为 char* ， "<<" 是库里面的流插入。如果把 s.c_str() 返回的指针强转成其他类型，就会打印出指针，而不是字符串：

 如果把字符串进行以下处理后，这两种打印方式得到的结果是不同的：

 可知，如果我们使用流插入来打印string对象，会以 size 的大小来打印，不会关注 '\0' 。而使用流插入来打印 char* 类型的指针，就会打印到 '\0' 后结束。

4.6、find_first_of 与 find_last_of

 find_first_of  ：在字符串中，从前往后找到其中任意一个字符，并返回其位置。

例如，把一段字符串中所有的 'a'、'b'、'c'、'd' 都替换为 '*' 。

 find_last_of ：在字符串中，从后往前找到其中任意一个字符，并返回其位置。

5、string类非成员函数

函数	功能说明
operator+	尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低
operator>>	输入运算符重载
operator<<	输出运算符重载
getline （重点）	获取一行字符串
relational operators	大小比较

5.1、getline

 当我们使用 cin 来提取字符串时，字符串中不能含有空格，因为 cin 在遇到空格、'\n' 等字符时，会默认提取结束。

为了解决这个问题，我们可以使用 getline ：

int main()
{string str;//cin >> str;getline(cin, str);return 0;
}

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关于string类的使用相关内容就讲到这里，希望同学们多多支持，如果有不对的地方欢迎大佬指正，谢谢！