C++string类

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本博客主要内容讲解了C++中的string类以及类内的一些常用函数

C++string类

Ⅰ. 为什么要学习string类

首先我们在C语言中有字符串的概念，是一些以\0结尾的字符的集合，而且C语言中也有很多和字符串相关的函数例如：strstr等，但是C语言中是将这些函数和字符串是分离开来的，这不符面向对象变成的思想，而且空间管理是交给用户自己来处理，非常容易出现越界问题。所以在C++中将字符串和字符串相关的函数集成在一个类里面，提高编程效率。

Ⅱ. 标准库中的string类

Ⅱ. Ⅰ. string类的了解

这里首先附上string类的文档string - C++ Reference (nonplussing)

• 字符串是表示字符序列的类
  
• 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
  
• string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和allocator(分配器)类型(关于模板的更多信 息，请参阅basic_string)
  
• 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(分配器)作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
  
• 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-8¹)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：

• string是表示字符串的字符串类
• 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
• string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string string
• 不能操作多字节或者变长字符的序列

Ⅱ. Ⅱ. string类中常用接口说明

①string类对象的常见构造：

当然库中不止以下这些可以点击下面的constuct链接详细阅读。

例如：

void Teststring()
{
  string s1; // 构造空的string类对象s1
  string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
  string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

②string类对象的容量操作：

注意：

• 
  
• clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
  
• 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。
  
• 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 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;
}

③string类对象的访问及遍历操作

范围for例子：

int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
for (int x : arr) {
    // 打印每一个元素
    std::cout << x << " ";
}

访问元素及遍历例子：

string s("hello xupt");
  // 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for
  for (auto ch : s)
    cout << ch << endl;

④string类对象的修改操作：

注意：

• 在string尾部追加字符时，s.push_back© / 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。
• 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(因为扩容是需要一定的时间代价的，提前扩容的话，就可以避免反复扩容的情况，从而达到节省时间的目的)。

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;
    }

⑤string类非成员函数

⑥vs和g++下string结构的说明

注意：下述结构都是在32位平台下验证的。

• vs下的string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 one
  value_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：

• 空间总大小
• 字符串有效长度
• 引用计数

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

• 指向堆空间的指针，用来存储字符串.

到这本篇博客的内容就到此结束了。
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1. 是一种字符编码方式详细了解可查看这个文章Unicode、UTF-8、UTF-16 终于懂了 - 知乎 ↩︎
   
2. 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()。 ↩︎
   
3. 尽量少用，因为传值返回，会导致拷贝效率低 ↩︎
   
4. 分别是运算符左侧和右侧的值 ↩︎↩︎