《C++学习笔记---初阶篇6》---string类 上

目录

1. 为什么要学习string类

1.1 C语言中的字符串

2. 标准库中的string类

2.1 string类(了解)

2.2 string类的常用接口说明

2.2.1. string类对象的常见构造

2.2.2. string类对象的容量操作

2.2.3.再次探讨reserve与resize

2.2.4.string类对象的访问及遍历操作

2.2.5. string类对象的修改操作

2.2.6. string类非成员函数

2.2.7. vs和g++下string结构的说明

3.使用到string的oj

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1. 为什么要学习string类

1.1 C语言中的字符串

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

2. 标准库中的string类

2.1 string类(了解)

string类的文档介绍

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 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头文件以及using namespace std;

2.2 string类的常用接口说明

2.2.1. string类对象的常见构造

string() （重点） 构造空的string类对象，即空字符串string(const char* s) （重点） 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cstring(const string&s) （重点） 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
}

2.2.2. string类对象的容量操作

• 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） 检测字符串释放为空串，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） 将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充

// 测试string容量相关的接口
// 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;
}

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。 

2.2.3.再次探讨reserve与resize

1.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。

2. 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。

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';}}
}// 构建vector时，如果提前已经知道string中大概要放多少个元素，可以提前将string中空间设置好
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';}}
}

我们可以清晰的看到一般都不会轻易的缩容，resize的功能是开空间并且初始化，利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销。 

2.2.4.string类对象的访问及遍历操作

• operator[] （重 点） 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

// string的遍历
// begin()+end()   for+[]  范围for
// 注意：string遍历时使用最多的还是for+下标 或者 范围for(C++11后才支持)
// begin()+end()大多数使用在需要使用STL提供的算法操作string时，比如：采用reverse逆置string
void Teststring3()
{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 Teststring4()
{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();// C++11之后，直接使用auto定义迭代器，让编译器推到迭代器的类型auto rit = s.rbegin();while (rit != s.rend())cout << *rit << endl;// 3.范围forfor (auto ch : s)cout << ch << endl;
}

 

2.2.5. string类对象的修改操作

• 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 + npos(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
• 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

// 测试string：
// 1. 插入(拼接)方式：push_back  append  operator+= 
// 2. 正向和反向查找：find() + rfind()
// 3. 截取子串：substr()
// 4. 删除：erase
void Teststring5()
{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 file("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string 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。

2.2.6. string类非成员函数

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

2.2.7. vs和g++下string结构的说明

注意：下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节。

•  vs下string的结构

string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字 符串的存储空间：

• 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
• 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间

union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger onevalue_type _Buf[_BUF_SIZE];pointer _Ptr;char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内 部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。

其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量

最后：还有一个指针做一些其他事情。 故总共占16+4+4+4=28个字节。  

• g++下string的结构

G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指 针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：

1. 空间总大小
2. 字符串有效长度
3. 引用计数
4. 指向堆空间的指针，用来存储字符串 

struct _Rep_base
{size_type _M_length;size_type _M_capacity;_Atomic_word _M_refcount;
};

3.使用到string的oj

• 仅仅反转字母
• 字符串里面最后一个单词的长度
• 验证一个字符串是否是回文
• 字符串相加