【C++】STL--string(上)

前言

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。

在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、 快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。

1.标准库中的string类

C++中的string类是STL中的一个重要的组成部分，string类是一个用于操作字符串的强大工具。

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

下面是参考的官方链接

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

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2. string类对象的常见构造

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>
int main()
{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s3cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << s3 << endl;string s7(10, 'x');//string类对象中包含n个字符ccout << s7 << endl;
}

3.string类对象的容量操作

void test_string5()
{string s2("hello world");cout << s2.length() << endl;//求长度，不包括/0cout << s2.size() << endl;//求长度，一般用size，不包括/0cout << s2.capacity() << endl;//求容量//清理有效字符s2.clear();string s("I love you");cout << s.length() << endl;//求长度cout << s.size() << endl;//求长度，一般用size，不包括/0//使用empty判空if (s.empty())cout << " empty" << endl;elsecout << "not empty" << endl;s.resize(17, 'f'); //将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充cout << s << endl;cout << s.length() << endl;cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//清理有效字符s.clear();//多打印几行看看cout << s << endl;cout << s << endl;cout << s << endl;
}

上面我们可以看到capacity会随着字符串增加而变化，那么扩容是怎么扩容的呢？如下

扩容在VS和g++中略显不同的，大家可以去尝试一下。

VS下

void TestPushBack()
{string s;//提前开空间，避免扩容，提高效率//s.reserve(100);size_t sz = s.capacity();cout << "capacity changen: " << sz << '\n';cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 100; i++){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "扩容: " << sz << '\n';}}
}

当把/0加上时发现第一次扩容是2倍扩，后面扩容是1.5倍扩，这是VS自己规定的变化规则，为什么第一次是2倍扩呢？当字符串小于16字节时会存放在一个固定的buff数组中，超过16会2倍扩容，后面开辟空间是在堆上。

g++

 可以看到g++扩容就是2倍扩

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。

void test_string4()
{string s2("hello worldxxxxxxxxxxxxx");cout << s2.size() << endl;cout << s2.capacity() << endl << endl;s2.reserve(20);cout << s2.size() << endl;cout << s2.capacity() << endl << endl;s2.reserve(28);cout << s2.size() << endl;cout << s2.capacity() << endl << endl;s2.reserve(40);cout << s2.size() << endl;cout << s2.capacity() << endl << endl;s2.reserve(80);cout << s2.size() << endl;cout << s2.capacity() << endl << endl;s2.reserve(10);cout << s2.size() << endl;cout << s2.capacity() << endl << endl;//s2.clear();//cout << s2.size() << endl;//cout << s2.capacity() << endl << endl;}

4.auto和范围for

auto关键字

在这里补充2个C++11的小语法，方便我们后面的学习。

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，后来这个不重要了。C++11中，标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&

当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际 只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用

auto不能直接用来声明数组

int func1()
{return 10;
}// 不能做参数
//void func0(auto a = 0)
//{}auto func2()
{//...return func1();
}auto func3()
{//...return func2();
}
int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = func1();// 编译报错:rror C3531: “e”: 类型包含“auto”的符号必须具有初始值设定项//auto e;cout << typeid(b).name() << endl;cout << typeid(c).name() << endl;cout << typeid(d).name() << endl;int x = 10;auto y = &x;auto* z = &x;auto& m = x;cout << typeid(x).name() << endl;cout << typeid(y).name() << endl;cout << typeid(z).name() << endl;cout << typeid(m).name() << endl;auto ret = func3();//这里使用auto复杂auto aa = 1, bb = 2;// 编译报错：error C3538: 在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型//auto cc = 3, dd = 4.0;// 编译报错：error C3318: “auto []”: 数组不能具有其中包含“auto”的元素类型auto array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };return 0;
}

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange","橙子" }, {"pear","梨"} };// auto的用武之地//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();while (it != dict.end()){cout << it->first << ":" << it->second << endl;++it;}return 0;
}

范围for

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此 C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束。

范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历

范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到。

#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };// C++98的遍历for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){array[i] *= 2;}for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){cout << array[i] <<" ";}cout << endl;// C++11的遍历for (auto& e : array)e *= 2;for (auto e : array)cout << e << " ";cout << endl;string str("hello world");for (auto ch : str){cout << ch << " ";}cout << endl;return 0;
}

5. string类对象的访问及遍历操作

void test_string8()
{string s2("hello world");cout<< s2[6] << endl;s2[0] = 'x';//修改下标为0的元素cout<< s2 << endl;}

使用[]让我们访问元素和修改元素变得非常方便

begin、end、rbegin、rend的使用方法如下

#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{string str1,str2;str1 = "hello world";//定义一个正向迭代器string::iterator ptr1 = str1.begin();//正向输入字符串while (ptr1 !=str1.end()){cout << *ptr1++ << " ";}cout << endl;str2 = "I love you";//定义一个反向迭代器string::reverse_iterator ptr2 = str2.rbegin();//逆向输出字符串while (ptr2 != str2.rend()){//逆向迭代器移动是反方向，所以从尾部来移动cout << *ptr2++<< " ";}cout << endl;
}

 

迭代器有四种 

//定义一个正向迭代器
string::iterator ptr1 = str1.begin();
//常对象正向迭代器
string::const_iterator ptr1 = str1.begin();
//定义一个反向迭代器
string::reverse_iterator ptr2 = str2.rbegin();
//常对象反向迭代器
string::const_reverse_iterator ptr2 = str2.rbegin();

C++11支持我们使用auto来定义迭代器，让编译器推到迭代器的类型

#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;
void tets_string()
{string s1("hello world");//带参// 正向迭代器//string::iterator it = s1.begin();auto it = s1.begin();//auto自动推导while (it != s1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;cout << s1 << endl;string s2("I love you");//带参// 反问迭代器//string::reverse_iterator rit = s2.rbegin();auto rit = s2.rbegin();//auto自动推导while (rit != s2.rend()){cout << *rit << " ";++rit;//移动到下一个字符}cout << endl;cout << s2 << endl;}
int main()
{tets_string();return 0;
}

范围for

void test_string1()
{string s2("hello world");//带参//字符赋值，自动迭代，自动判断结束//底层就是迭代器// 范围for//for (auto ch : s2)for(auto& ch : s2){cout << ch << " ";}cout << endl;cout << s2 << endl;
}

结束语

本节内容到此结束，下节我们继续扩展string的其他接口，敬请期待！

感谢大家的支持，如有不对的地方还请各位看客不吝指正