【C++笔记】string类使用详解

前言

各位读者朋友们大家好！上期我们讲完了C++的模板初阶，这一期我们开启STL的学习。STL是C++的数据结构和算法库，是我们学习C++的很重要的一部分内容，在以后的工作中也很重要。现在我们开始讲解。

一. 为什么学习string类

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，但这些库函数与字符串是分开的，不太符合OOP（面向对象编程，Object-Oriented Programming是一种广泛使用的编程范式，它基于“对象”的概念来设计和实现软件。）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。

二. 标准库中的string类

2.1 string类

string类的文档
在使用string类时，必须包含#include< string >头文件以及指明命名空间std;

2.2 auto和范围for

auto关键字
在这里补充两个C++11的语法，方便后续学习：

• 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到而得。
  

• 用auto声明指针类型时，用auto和auto * 没有区别，但是auto声明引用类型的时候必须加&

• 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不能用来直接声明数组
  
  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，有时候还会犯错，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迭代器，这个在汇编层面可以看到

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2.3 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

• 1.string()
  

这是string的无参构造，构造一个长度为0的空字符串。

int main()
{string s1;cout << s1;return 0;
}

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• 2. string (const string& str);
  
  这是string类的拷贝构造

int main()
{string s1;string s2(s1);cout << s2;return 0;
}

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• 3. string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);
  
  从字符串的指定位置（我们给的是下标）拷贝len个字符，如果字符串太短或着len是npos就拷贝到字符串结束。

int main()
{string s("hello world");string s1(s, 0, 5);string s2(s, 0, 15);string s3(s, 0);// 第三个参数使用缺省值nposcout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << s3 << endl;return 0;
}

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• 4.string (const char * s);
  
  这是string类的带参构造

int main()
{string s("hello world");cout << s << endl;return 0;
}

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• 5. string (const char * s, size_t n);
  
  从s指向的字符数组中，复制前n个字符

int main()
{string s("hello world", 5);cout << s;return 0;
}

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• 6. string (size_t n, char c);
  
  用n个字符c来构造字符串

int main()
{string s(5, 'h');cout << s;return 0;
}

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2. string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size(重点)	返回字符串的有效字符长度
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和lenth

size和lenth都是用来求字符串长度的

2.2 capacity

capacity是返回字符串的容量的，跟顺序表中的capacity一样,但是string中的capacity不包含\0

在实现顺序表的时候，我们对顺序表的扩容是二倍扩容，在Vs环境中，编译器对string类的扩容是怎样扩的呢？我们通过下面的一段代码看一下：

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';}}
}

Vs中，string类的实现加了一个buff数组，当字符长度小于16时，就存在buff数组中，如果大于16就去堆上开空间，看一下string的大小：

在32位环境下，按照上面string类的底层内存对齐计算得string类的大小也是28字节，不管使用数组还是在堆上开空间。

在Linux环境中使用g++编译器，是完全的2倍扩容

2.3 empty

2.4 clear

将字符串清空，空间清不清空看编译器，Vs和g++都不清

int main()
{string s("hello world");cout << s << endl;cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;s.clear();cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;return 0;
}

2.5 reserve

reserve用来预留空间，预留的空间在Vs环境下会大于等于我们给定的空间，这与Vs的内存对齐有关，在g++环境下会严格等于要求的大小。

那如果预留的空间过大，编译器会不会缩容呢？

C++标准并没有强制要求缩容，看编译器，但是有一点是确定的：这个函数不会改变字符串的长度和内容。

int main()
{string s("********************");cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl << endl;s.reserve(15);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl << endl;s.reserve(28);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl << endl;s.reserve(48);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl << endl;return 0;
}

上面可以看到，在Vs环境下，是不会缩的，但是在g++环境下编译器是会进行缩容的。

2.6 resize

int main()
{string s("************************");//24cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;s.resize(18);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;s.resize(28, 'x');cout << s << endl;cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;s.resize(36, '#');cout << s << endl;cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;return 0;
}

3. string类的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[](重点)	返回pos位置的字符，const string类对象调用
begin+end	begin获取开始位置字符的迭代器+end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
rbegin+rend	rbegin获取最后一个字符的迭代器+rend获取第一个字符前一个位置的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

1. 迭代器（iterator）

在C++中，迭代器（Iterator）是一种用于访问容器（如数组、向量、列表、集合等）中元素的对象。迭代器提供了一种统一的方式来遍历容器中的元素，以下是迭代器的主要作用：

1.遍历容器
2.访问元素
3. 范围操作
4. 支持泛型编程：迭代器使得算法和容器可以分离，从而实现高层次的抽象和泛型编程。通过定义迭代器类型，容器可以与各种算法无缝集成。
5. 插入和删除操作
6. 统一接口：迭代器提供了一个统一的接口来访问和操作容器中的元素，使得用户可以用相同的方式处理不同类型的容器。

迭代器共有四种：

2.operator[]访问

string类重载了[]这一操作符，返回的是字符串的任意位置的字符的引用，这样我们就可以修改字符串某一位置的值了,并且越界访问还会报错。

int main()
{string s("hello world");cout << s[4] << endl;//cout << s[20];s[4] = 'x';cout << s << endl;return 0;
}

我们可以认为string类是如下结构：

class string
{
public:char& operator[](size_t i){assert(i < _size);return _str[i];}
private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;
};

operator[]封装在类里面作为成员函数默认为内联，效率也会很高。

3. [] + 下标遍历

int main()
{string s("hello world");for (int i = 0; i < s.size(); ++i){cout << s[i] << " ";}return 0;
}

这种方式像数组访问一样

4. begin + end遍历

int main()
{string s("hello world");string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}return 0;
}

这种遍历方式所有的容器都可以使用这种方式
当字符串被const修饰时，使用string::const_interator迭代器遍历：

5. rbegin + rend遍历

rebegin和rend是反向迭代器(string::reverse_iterator)的函数,rbegin获取最后一个字符的迭代器+rend获取第一个字符前一个位置的迭代器。这样方式的遍历是反向遍历

int main()
{string s("hello world");string::reverse_iterator rit = s.rbegin();while (rit != s.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}return 0;
}

6. 范围for遍历

int main()
{string s("hello world");for (auto ch : s){cout << ch << " ";}return 0;
}

范围for是自动推导出类型，自动遍历的，也就是说编译器推导出s的类型，然后将其拷贝赋值给ch。

在汇编层面看，范围for的底层就是迭代器。

我们发现，对ch进行修改并没有影响s,这是因为ch是字符串的拷贝，而对迭代器进行操作就会影响到s，我们可以将迭代器理解为指针，对指针解引用修改，想要通过范围for修改s的内容，可以给auto后面加引用，这样ch就是s里面每个变量的别名。

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)	在字符串后面追加字符串
insert	在pos位置插入字符
erase	在pos位置删除len长度的字符

4.1 push back

在字符串的后面尾插一个字符

int main()
{string s("hello wodld");s.push_back('x');cout << s << endl;return 0;
}

4.2 append

在字符串的末尾追加一个新的字符串

int main()
{string s("hello world");s.append(" hello Yuey");cout << s << endl;return 0;
}

4.3 operator+=

重载了+=操作符，可以在字符串的末尾追加string类、字符串以及字符

int main()
{string s1("hello world");string s2("hello world");string s3("hello world");// 追加string类string s4(" hello Yuey");s1 += s4;cout << s1 << endl;// 追加字符串s2 += " hello Yuey";cout << s2 << endl;// 追加字符s3 += "*";cout << s3 << endl;
}

这个+=在实践中使用最多

4.4 insert

在pos位置插入字符或字符串，也可以使用迭代器

int main()
{string s("hello world");string s1(" hello Yuey");//s.insert(5, "#");// 插入一个字符s.insert(5,1,'#');s.insert(12, s1);cout << s << endl;// 迭代器s.insert(s.begin(), '*');cout << s << endl;return 0;
}

4.5 erase

erase支持在指定位置删除len长度的字符，如果len不传的话默认删除npos也就是删除pos位置及以后的所有字符，erase也支持迭代器删除，但是用的最多的还是第一种

int main()
{string s1("hello world");// 头删s1.erase(0, 1);cout << s1 << endl;s1.erase(s1.begin());cout << s1 << endl;// 尾删s1.erase(--s1.end());cout << s1 << endl;s1.erase(s1.size() - 1, 1);cout << s1 << endl;// 指定位置删除string s2("hello Yuey");s2.erase(6, 4);cout << s2 << endl;// 指定位置不传长度s2.erase(1);cout << s2 << endl;return 0;
}

5. string类的其他相关操作

函数名	功能说明
c_str(重点)	返回c格式字符
find + npos(重点)	从字符串pos位置开始往后找到字符c，返回该字符在字符串中的位置
rfind	从字符串的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	从str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

5.1 c_str

这个函数的目的主要是兼容C语言，返回的是指向数组的指针，主要在文件读取时使用

5.2 find + npos

find支持在pos位置开始正向查找string类、字符串以及字符，返回值是第一次找到的指定字符的下标，没找到返回npos，如果pos不传，默认从第一个字符开始
将字符串中的空格替换为%：

int main()
{string s("hello world hello Yuey");cout << s << endl;size_t pos = s.find(' ', 0);while (pos != string::npos){s.replace(pos, 1, "%");pos = s.find(' ', pos + 1);}cout << s << endl;return 0;
}

这里用到了replace函数：

replace函数就是将pos及以后位置的len长度的字符替换为给定的字符

int main()
{string s1("hello world");s1.replace(0, 2, "***");cout << s1 << endl;string s2("hello Yuey");s2.replace(5, 3, "***");cout << s2;return 0;
}

但是上面的代码在空格极多的时候效率极低，我们可以用空间换时间的方法：

int main()
{string s("hello world hello Yuey");cout << s << endl;string tmp;for (auto ch : s){if (ch == ' '){tmp += "%";}else{tmp += ch;}}s = tmp;cout << s << endl;return 0;
}

5.3 substr

substr是返回从pos位置开始的后面len长度的子字符串，如果没传len函数使用缺省值npos，返回pos位置及以后的所有字符。

int main()
{string s("hello world");string S1;S1 = s.substr(5);cout << S1;return 0;
}

5.4 rfind

rfind是在pos位置反向查找string类、字符串以及字符，并返回第一次出现该字符的下标，没找到返回npos

int main()
{string s("Test.cpp.zip");// 看文件类型size_t pos = s.rfind('.');string s1 = s.substr(pos);cout << s1;return 0;
}

5.5 find_first_of 和 find_last_of

find_first_of:

这个函数是在字符串中找给定的字符或字符串中的所有字符，并返回第一次找到的地址

int main()
{string s("abcdefggfedcba");size_t pos = s.find_first_of("abc");while (pos != string::npos){s[pos] = '*';pos = s.find_first_of("abc", pos + 1);}cout << s;return 0;
}

find_last_of:

这个可以理解为反向找

void SplitFilename(const std::string& str)
{std::cout << "Splitting: " << str << '\n';std::size_t found = str.find_last_of("/\\");std::cout << " path: " << str.substr(0, found) << '\n';std::cout << " file: " << str.substr(found + 1) << '\n';
}int main()
{std::string str1("/usr/bin/man");std::string str2("c:\\windows\\winhelp.exe");SplitFilename(str1);SplitFilename(str2);return 0;
}

这样就能实现文件的路径和文件名分离

5.6 find_first_not_of 和 find_last_not_of

这两个函数是从字符串中找除了给定字符串里的的字符，并返回第一次找到的下标

int main()
{string s("abcdefggfedcba");size_t pos = s.find_first_not_of("abc");while (pos != string::npos){s[pos] = '*';pos = s.find_first_not_of("abc", pos + 1);}cout << s;return 0;
}

6.getline

在讲getline之前我们先看一道题目： 字符串最后一个单词的长度

这种情况下就需要借助getline函数了：getline

getline默认读取到换行的时候读取结束，读取结束的条件也可以自己设定

自定义结束条件

结语

以上就讲完了string类的基本用法，对于string类的模拟实现我们下期再讲，感谢大家的阅读，欢迎大家批评指正！