【C++】30h速成C++从入门到精通（STL介绍、string类）

STL简介

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。

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。

STL的六大组件

仿函数、算法、迭代器、空间适配器、容器、配接器

STL的缺陷

1. STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。

2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。

3. STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。

4. STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。

string类

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。

标准库中的string类

string类的文档介绍：

https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string

1. 字符串是表示字符序列的类

2. 标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。

3. string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。

4. string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。

5. 注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

总结：

1. string时表示字符串的字符串类。

2. 该类的接口与常规容器接口基本相同，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。

string类的常用接口说明（最常用的接口）

• 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

void Teststring()
{string s1; // 构造空的string类对象s1string s2("hello bit"); // 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

函数名称	功能说明
size	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	检测字符串释放为空，是返回true，否则返回false
clear	清空有效字符
reserve	为字符串预留空间
resize	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充

// size/clear/resize
void Teststring1()
{// 注意：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出string s("hello, bit!!!");cout << s.size() << endl;cout << s.length() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s <<endl;// 将s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s.clear();cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 将s中有效字符个数增加到10个，多出位置用'a'进行填充// “aaaaaaaaaa”s.resize(10, 'a');cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 将s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// "aaaaaaaaaa\0\0\0\0\0"// 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个s.resize(15);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl;// 将s中有效字符个数缩小到5个s.resize(5);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl;
}
//==============================================================================
void Teststring2()
{string s;// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数s.reserve(100);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 测试reserve参数小于string的底层空间大小时，是否会将空间缩小s.reserve(50);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;
}
// 利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销
//==============================================================================
void TestPushBack()
{string s;size_t sz = s.capacity();cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}
void TestPushBackReserve()
{string s;s.reserve(100);size_t sz = s.capacity();cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}

【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

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

void Teststring()
{string s1("hello Bit");const string s2("Hello Bit");cout<<s1<<" "<<s2<<endl;cout<<s1[0]<<" "<<s2[0]<<endl;s1[0] = 'H';cout<<s1<<endl;// s2[0] = 'h'; 代码编译失败，因为const类型对象不能修改
}
void Teststring()
{string s("hello Bit");// 3种遍历方式：// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以遍历是修改string中的字符，// 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多// 1. for+operator[]for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i)cout<<s[i]<<endl;// 2.迭代器string::iterator it = s.begin();while(it != s.end()){cout<<*it<<endl;++it;}string::reverse_iterator rit = s.rbegin();while(rit != s.rend())cout<<*rit<<endl;// 3.范围forfor(auto ch : s)cout<<ch<<endl;
}

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+=	在字符串后追加字符串str
c_str	返回C格式的字符串
find+npos	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
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

void Teststring()
{string str;str.push_back(' '); // 在str后插入空格str.append("hello"); // 在str后追加一个字符"hello"str += 'b'; // 在str后追加一个字符'b' str += "it"; // 在str后追加一个字符串"it"cout<<str<<endl;cout<<str.c_str()<<endl; // 以C语言的方式打印字符串// 获取file的后缀string file1("string.cpp");size_t pos = file.rfind('.');string suffix(file.substr(pos, file.size()-pos));cout << suffix << endl;// npos是string里面的一个静态成员变量// static const size_t npos = -1;// 取出url中的域名sring url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");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;// 删除url的协议前缀pos = url.find("://");url.erase(0, pos+3);cout<<url<<endl;
}

【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。

string类非成员函数

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

运用

• 仅仅反转字母

class Solution {
public:string reverseOnlyLetters(string S) {char* pLeft = (char*)S.c_str();char* pRight = pLeft + (S.size()-1);while(pLeft < pRight){// 从前往后找，找到一个字母while(pLeft < pRight){// 找到有效字母后停下来if(isalpha(*pLeft))break;++pLeft;}// 从后往前找，找一个字母while(pLeft < pRight){// 找到有效字母后停下来if(isalpha(*pRight))break;--pRight;}if(pLeft < pRight){swap(*pLeft, *pRight);++pLeft;--pRight;}}return S;}
};

• 找字符串中第一个只出现一次的字符

class Solution {
public:int firstUniqChar(string s) {// 统计每个字符出现的次数int count[256] = {0};int size = s.size();for(int i = 0; i < size; ++i)count[s[i]] += 1;// 按照字符次序从前往后找只出现一次的字符for(int i = 0; i < size; ++i)if(1 == count[s[i]])return i;return -1;}
};

• 字符串里面最后一个单词的长度

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{string line;// 不要使用cin>>line,因为会它遇到空格就结束了// while(cin>>line)while(getline(cin, line)){size_t pos = line.rfind(' ');cout<<line.size()-pos-1<<endl;}return 0;
}

• 验证一个字符串是否回文

class Solution {
public:bool isLetterOrNumber(char ch){return (ch >= '0' && ch <= '9')|| (ch >= 'a' && ch <= 'z')|| (ch >= 'A' && ch <= 'Z');}bool isPalindrome(string s) {// 先小写字母转换成大写，再进行判断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

class Solution {
public:string addstrings(string num1, string num2) {// 从后往前相加，相加的结果到字符串可以使用insert头插// 或者+=尾插以后再reverse过来int end1 = num1.size()-1;int end2 = num2.size()-1;int value1 = 0, value2 = 0, next = 0;string addret;while(end1 >= 0 || end2 >= 0){if(end1 >= 0)value1 = num1[end1--]-'0';elsevalue1 = 0;if(end2 >= 0)value2 = num2[end2--]-'0';elsevalue2 = 0;int valueret = value1 + value2 + next;if(valueret > 9){next = 1;valueret -= 10;}else{next = 0;}//addret.insert(addret.begin(), valueret+'0');addret += (valueret+'0');}if(next == 1){//addret.insert(addret.begin(), '1');addret += '1';}reverse(addret.begin(), addret.end());return addret;}
};

string类的模拟实现

namespace bit
{class string{public:typedef char* iterator;public:string(const char* str = ""){_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity+1];strcpy(_str, str);}string(const string& s): _str(nullptr), _size(0), _capacity(0){string tmp(s);this->Swap(tmp);}string& operator=(string s){this->Swap(s)return *this;}~string(){if (_str){delete[] _str;_str = nullptr;}}/// iteratoriterator begin() {return _str;}iterator end(){return _str + _size;}/// modifyvoid push_back(char c){if (_size == _capacity)Reserve(_capacity*2);_str[_size++] = c;_str[_size] = '\0';}string& operator+=(char c){PushBack(c);return *this;}// 作业实现void append(const char* str);string& operator+=(const char* str); void clear(){_size = 0;_str[_size] = '\0';}void swap(string& s){swap(_str, s._str);swap(_size, s._size);swap(_capacity, s._capacity);}const char* c_str()const{return _str;}/// capacitysize_t size()constsize_t capacity()constbool empty()constvoid resize(size_t newSize, char c = '\0'){if (newSize > _size){// 如果newSize大于底层空间大小，则需要重新开辟空间if (newSize > _capacity){Reserve(newSize);}memset(_str + _size, c, newSize - _size);}_size = newSize;_str[newSize] = '\0';}void reserve(size_t newCapacity){// 如果新容量大于旧容量，则开辟空间if (newCapacity > _capacity){char* str = new char[newCapacity + 1];strcpy(str, _str);// 释放原来旧空间,然后使用新空间delete[] _str;_str = str;_capacity = newCapacity;}}// accesschar& operator[](size_t index){assert(index < _size);return _str[index];}const char& operator[](size_t index)const{assert(index < _size);return _str[index];}// 作业bool operator<(const string& s);bool operator<=(const string& s);bool operator>(const string& s);bool operator>=(const string& s);bool operator==(const string& s);bool operator!=(const string& s);// 返回c在string中第一次出现的位置size_t find (char c, size_t pos = 0) const;// 返回子串s在string中第一次出现的位置size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const;// 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置string& insert(size_t pos, char c);string& insert(size_t pos, const char* str);// 删除pos位置上的元素，并返回该元素的下一个位置string& erase(size_t pos, size_t len);private:friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const bit::string& s);friend istream& operator>>(istream& _cin, bit::string& s);private:char* _str;size_t _capacity;size_t _size;};
}
ostream& bit::operator<<(ostream& _cout, const bit::string& s)
{// 不能使用这个//cout << s._str;for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i){_cout<<s[i];}return _cout;
}
///对自定义的string类进行测试
void TestBitstring()
{bit::string s1("hello");s1.push_back(' ');s1.push_back('b');s1.append(1, 'i');s1 += 't';cout << s1 << endl;cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;// 利用迭代器打印string中的元素string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()){cout << *it<<" ";++it;}cout << endl;// 这里可以看到一个类只要支持的基本的iterator，就支持范围forfor(auto ch : s1)cout<<ch<<" ";cout<<endl;
}