一、STL 简介

1、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。

2、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时要了解部分源代码，主要参考的就是这个版本。

3、STL 的六大组件

STL 共有容器、配接器、迭代器、空间配装器、算法、仿函数六大组件，其内部包含的具体内容如下：

4、STL 的重要性

网上有句话说：“不懂STL，不要说你会C++”。STL是C++中的优秀作品，有了它的陪伴，许多底层的数据结构以及算法都不需要自己重新造轮子，直接使用即可，大大提高了解题和开发的效率；因此，STL 在笔试、面试以及工作中其都是一个被重点考察的对象。

5、如何学习 STL

关于如何学习 STL，我这里给出两点建议：

学会使用在线网站：cplusplus.com - The C++ Resources Network 与 cppreference.com；

相比于C++官网 – cppreference，我更推荐大家使用 cplusplus (注：cplusplus 更新之后需要注册才能使用，我们可以点击右上角的 “Legacy version” 回到旧版，个人认为旧版的使用体验比新版要好)，因为 cplusplus 更适合初学者，我们学习STL过程中遇到的任何函数接口、函数参数等等方面的内容都可以在 cplusplus 上通过搜索解决。

阅读优秀的C++书籍：C++是一门比较难的语言，其中的细节非常多，我们需要阅读优秀的C++书籍来学习与积累经验，这里我推荐三本C++方向的优秀书籍：C++ Primer 中文版（第 5 版）、STL源码剖析、《Eﬀective C++：改善程序与设计的55个具体做法》；这三本书的电子版我全都放在了百度网盘里面，需要的可以自取。

网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1R-PW2P-6jH9IcIYz0VQpiw
提取码：yzpq

二、string 类的使用

1、什么是 string

C语言中，字符串是以’\0’结尾的若干个字符的集合，为了操作方便，C语言 string.h 头文件提供了一些系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不符合面向对象的思想，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。

基于上面这些原因，C++标准库提供了 string 类，string 类中提供了各种函数接口，比如类的六个默认成员函数、字符串插入删除、运算符重载等等，我们可以使用 string 来实例化对象，然后通过 string 的各种接口来完成对该对象的各种操作。

string 类的实现框架大概如下：

namespace std {
  template<class T>
  class string {
  public:
    // string 的各种成员函数
  private:
    T* _str;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
    //string 的其他成员变量，比如npos
  };
}

注：严格来说 string 其实并不属于 STL，因为 string 出现的时间比 STL 要早，但是由于 string 的各种接口和 STL 中其他容器的接口非常类似，所以我们可以把 string 也当作 STL 的一种，放在一起学习。

2、string 类模板

我们打开 cplusplus.com 搜索 string 会发现，string 其实是 basic_string 类模板使用字符类型 char 实例化得到的一个类：

而 basic_string 是一个可以使用任意字符类型来实例化的类模板：

那么 string 为什么要设计成模板呢？因为编码不同，存储一个字符所需要的空间也不同；现如今常见的编码有如下三类：

ASCII 编码

ASCII 全称为美国信息交换标准代码，这是我们接触到的第一种编码，由于英语所有的英文字母 (包括大小写) 加上各种标点符号以及特殊字符一共只有一百多种，所以我们使用一个字节即可表示所有字符；但是根据 ASCII 编码设计出的计算机不能表示其他国家的语言，比如中文、日文、韩文等等。

Unicode

Unicode 就是我们的统一码，也叫万国码；它是为了解决传统的字符编码方案的局限而产生的，它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。Unicode 主要包括 utf-8，utf-16 与 utf-32，其中的8、16与32分别代表了字符的最小空间为1、2以及4字节。

由于 utf-8 支持 ASCII，且字符最小单位为一字节，节省了空间，所以现在使用率最高的编码方式就是它。

GBK

GBK 即 “国标”，是我国专门为汉字设计的一套编码，其中一个字符最小占用空间为两个字节。

编码方式对 basic_string 的影响如下：

char – 采用单字节编码；

char16_t – 采用双字节编码；

char32_t – 采用四字节编码；

所以，我们平时使用的 string 本质上是 basic_string<char>，我们不用自己显式实例化是因为 string 内部进行了 typedef：

typedef basic_string<char, char_traits, allocator> string

3、构造函数

string 提供了很多构造函数，我们只需要掌握其中最常用的几个就可以，其余的如果有需要再查询文档：

4、Iterators

Iterators 是C++中的迭代器，大家可以把它当成指针来理解，当然，并不是所有迭代器的底层都是用指针实现的：

typedef char* iterator;  //简单理解string中的迭代器

注意：为了使 const 对象也能调用，每个迭代器函数都设计了 const 版本：

有了迭代器之后，我们就可以使用迭代器来遍历与修改字符串了：

5、Capacity

string 中提供了一些对容量进行操作的函数：

-函数名称	-函数功能
size()	返回字符串的长度
capacity	返回字符串的容量
empty	判断字符串是否为空

resize

resize 函数用来调整字符串大小，它一共分为三种情况：

n 小于原字符串的 size，此时 resize 函数会将原字符串的 size 改为 n，但不会改变 capacity；

n 大于原字符串的 size，但小于其 capacity，此时 resize 函数会将 size 后面的空间全部设置为字符 c；

n 大于原字符串的 capacity，此时 resize 函数会将原字符串扩容，然后将size 后面的空间全部设置为字符 c；

reserve

reserve 用来扩容与预留空间，相当于C语言中的 realloc 函数，它分两种情况：

n 大于原字符串的 capacity，此时 reserve 函数会将 capacity 扩容到 n；
n 小于等于原字符串的 capacity，标准未规定是否要缩容 (VS下不缩容)；

注：reserve 函数不会改变原字符串的 size 以及数据。

clear

clear 函数用来清空字符串，即将 size 改为0，至于是否会改变 capacity，标准也未规定：

6、Element Access

string 提供了一些接口来获取字符串中的单个字符：

operator[]

运算符重载的一种，我们可以通过 opetator[] 来获取与修改字符串中具体下标的字符：

7、Modify

string 提供了一些列用来修改字符串内容的函数：

-函数名称	-函数功能
push_back	尾插一个字符
pop_back	尾删一个字符

operator+=

operator+= 是运算符重载的一种，用于向字符串尾插数据，支持尾插一个字符串、尾插一个字符数组以及尾插一个字符：

append

append 的功能和 operator+= 的功能类似，都是向字符串尾部追加数据：

insert

insert 函数用于向在字符串的 pos 处插入数据：

erase

erase 用来从 pos 位置开始向后删除 len 个字符：

注：len 的缺省值是 npos，虽然 npos 的值为-1，但是 npos 是无符号数，所以 npos 其实是无符号整形的最大值；所以，如果我们不知道 len，那么 erase 函数会一直往后删除，直到遇到 ‘\0’。

swap

swap 函用于交换两个字符串的内容，包括指向的字符数组、有效数据个数以及容量大小：

8、String Operations

string 提供了系列对 string 进行操作的函数：

c_str

在某些场景中只支持对C形式的字符串，即字符数组进行操作，比如网络传输、fopen，而不支持对C++中的 string 对象进行操作，所以 string 提供了c_str，用于返回C形式的字符串：

find

find 用于返回一个字符或一个字符数组或一个string对象在 string 中首次出现的位置，如果找不到就返回 npos：

rfind

find 函数是默认从起始位置开始从前往后找，而 rfind 函数是默认从倒数第二个位置从后往前找：

find_first_of

find_first_of 函数用于返回在 string 找寻找与字符/字符数组/string 中任意一个字符匹配的元素的位置：

substr

stustr 函数可以将 string 中从 pos 位置开始往后的 n 个字符构造成一个新的 string 对象并返回：

9、Non-member function overloads

string 中还提供了一些非成员函数的重载函数：

relation operators

两个 string 对象之间的大小关系重载函数：

operator<< 与 operator>>

流插入与流提取运算符重载：

getline

C++ 中的 cin 和 C语言中的 scanf 函数都是以空格、换行、Tab 作为不同数据之间的分割标志的，即当它们遇到这些符号时就会停止读取：

C语言提供了 gets 函数来读取一行字符，C++ 则是提供了 getline 函数来读取一行字符，并且我们还可以自己指定结束标志符：

三、string 类的模拟实现

string.h

#pragma once
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace thj  //将string的实现放在自己的命名空间域里面，防止与std里面的string冲突
{
  class string
  {
  public:
    //---------------------------member functions-------------------------------//
    //构造
    string(const char* str = "")
    {
      int len = strlen(str);
      _size = _capacity = len;  //capacity记录有效字符的个数
      _str = new char[_capacity + 1];  //留一个空间给'\0'
      strcpy(_str, str);
    }
    //析构
    ~string()
    {
      delete[] _str;
      _str = nullptr;
      _size = _capacity = 0;
    }
    //拷贝构造--传统写法
    //string(const string& s)
    //{
    //  _size = s._size;
    //  _capacity = s._capacity;
    //  _str = new char[_capacity + 1];
    //  strcpy(_str, s._str);
    //}
    //拷贝构造--现代写法
    string(const string& s)
      :_str(nullptr)
      , _size(0)
      , _capacity(0)
    {
      string tmp(s._str);
      swap(tmp);
    }
    //赋值重载--传统写法
    //string& operator=(const string& s)
    //{
    //  if (this == &s)  //检查自我赋值
    //    return *this;
    //  delete[] _str;
    //  _size = s._size;
    //  _capacity = s._capacity;
    //  _str = new char[_capacity + 1];
    //  strcpy(_str, s._str);
    //  return *this;
    //}
    //赋值重载--现代写法1
    //string& operator=(const string& s)
    //{
    //  if (this == &s)  //检查自我赋值
    //    return *this;
    //  string tmp(s);
    //  swap(tmp);
    //  return *this;
    //}
    //赋值重载--现代写法2
    string& operator=(string s)
    {
      swap(s);
      return *this;
    }
    //--------------------------------------Tterators------------------------------------//
    typedef char* iterator;  //迭代器
    iterator begin()
    {
      return _str;
    }
    iterator begin() const
    {
      return _str;
    }
    iterator end()
    {
      return _str + _size;
    }
    iterator end() const
    {
      return _str + _size;
    }
    //---------------------------------------Capacity--------------------------------------//
    size_t size() const
    {
      return _size;
    }
    size_t capacity() const
    {
      return _capacity;
    }
    //调整空间大小
    void resize(size_t n, char ch = '\0')
    {
      if (n > _size && n <= _capacity)  //容量不变
      {
        while (_size <= n)
        {
          _str[_size++] = ch;
        }
        _str[_size] = '\0';
      }
      else if (n > _capacity)  //增容
      {
        reserve(n);
        while (_size < n)
        {
          _str[_size++] = ch;
        }
        _str[_size] = '\0';
      }
      else
      {
        _size = n;
        _str[_size] = '\0';
      }
    }
    //预留空间
    void reserve(size_t capacity)
    {
      _capacity = capacity;
      char* tmp = new char[_capacity + 1];
      strcpy(tmp, _str);
      delete[] _str;
      _str = tmp;
    }
    void clear()
    {
      _size = 0;
      _str[_size] = '\0';
    }
    bool empty() const
    {
      return _size == 0;
    }
    //---------------------------------------Modify----------------------------------------//
    char& operator[](size_t pos)
    {
      assert(pos < _size);
      return _str[pos];
    }
    const char& operator[](size_t pos) const
    {
      assert(pos < _size);
      return _str[pos];
    }
    void push_back(char c)
    {
      if (_size == _capacity)
      {
        size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 5 : _capacity * 2;
        reserve(newcapacity);
      }
      _str[_size++] = c;
      _str[_size] = '\0';
    }
    //尾插一个字符串
    void append(const char* str)
    {
      int len = strlen(str);
      if (_size + len > _capacity)
      {
        reserve(_size + len);
      }
      strcpy(_str + _size, str);
      _size += len;
    }
    //+=一个字符
    string& operator+=(char c)
    {
      push_back(c);
      return *this;
    }
    //+=一个字符串
    string& operator+=(const char* str)
    {
      append(str);
      return *this;
    }
    //插入一个字符
    string& insert(size_t pos, char c)
    {
      assert(pos >= 0 && pos <= _size);
      if (_size + 1 > _capacity)
      {
        size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 5 : _capacity * 2;
        reserve(newcapacity);
      }
      size_t end = _size + 1;
      while (end > pos)
      {
        _str[end] = _str[end - 1];
        end--;
      }
      _str[end] = c;
      _size++;
      return *this;
    }
    //插入一个字符串
    string& insert(size_t pos, const char* str)
    {
      assert(pos >= 0 && pos <= _size);
      size_t len = strlen(str);
      if (_size + len > _capacity)
      {
        reserve(_size + len);
      }
      size_t end = _size + 1;
      while (end > pos)
      {
        _str[len + end - 1] = _str[end - 1];
        end--;
      }
      strncpy(_str + pos, str, len);
      _size += len;
      return *this;
    }
    string& erase(size_t pos, size_t n = -1)
    {
      assert(pos >= 0 && pos <= _size);
      if (pos + n >= _size)
      {
        _str[pos] = '\0';
        _size = pos;
      }
      else
      {
        size_t left = pos, right = pos + n;
        while (right <= _size)
        {
          _str[left] = _str[right];
          left++;
          right++;
        }
        _size -= n;
      }
      return *this;
    }
    void pop_back()
    {
      _size--;
      _str[_size] = '\0';
    }
    //交换两个字符串
    void swap(string& s)
    {
      std::swap(_str, s._str);
      std::swap(_size, s._size);
      std::swap(_capacity, s._capacity);
    }
    //----------------------------------------String operations-----------------------------//
    const char* c_str() const
    {
      return _str;
    }
    size_t find(char c, size_t pos = 0)
    {
      assert(pos >= 0 && pos <= _size);
      for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
      {
        if (_str[i] == c)
          return i;
      }
      return -1;
    }
    size_t rfind(char c, size_t pos = 0)
    {
      assert(pos >= 0 && pos <= _size);
      for (size_t i = _size; i > 0; --i)
      {
        if (_str[i - 1] == c)
          return i;
      }
      return -1;
    }
    size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
    {
      assert(pos >= 0 && pos <= _size);
      const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
      return ptr == 0 ? -1 : ptr - _str;
    }
    //---------------------------------Non-member function overloads----------------------------//
    friend ostream& operator<<(ostream& out, const string& s);
    friend istream& operator>>(istream& in, string& s);
    friend istream& getline(istream& in, string& s);
  private:
    char* _str;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
  };
  //流插入重载
  inline ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
  {
    for (size_t i = 0; i < s._size; ++i)
    {
      out << s._str[i];
    }
    return out;
  }
  //流提取重载
  inline istream& operator>>(istream& in, string& s)
  {
    //char ch = in.get();
    //while (ch != ' ' && ch != '\n')  //cin遇到空格或者换行结束
    //{
    //  s += ch;
    //  ch = in.get();
    //}
    //优化
    char buff[128] = { '\0' };
    size_t i = 0;
    char ch = in.get();
    while (ch != ' ' && ch != '\n')
    {
      if (i == 127)
      {
        s += buff;
        i = 0;
      }
      buff[i++] = ch;
      ch = in.get();
    }
    if (i > 0)
    {
      buff[i] = '\0';
      s += buff;
    }
    return in;
  }
  //读入一行字符
  inline istream& getline(istream& in, string& s)
  {
    char buff[128] = { '\0' };
    size_t i = 0;
    char ch = in.get();
    while (ch != '\n')
    {
      if (i == 127)
      {
        s += buff;
        i = 0;
      }
      buff[i++] = ch;
      ch = in.get();
    }
    if (i > 0)
    {
      buff[i] = '\0';
      s += buff;
    }
    return in;
  }
};

test.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "string.h"
void Test_String1()
{
  //构造
  thj::string s1;
  thj::string s2("abcdef");
  //拷贝构造
  thj::string s3 = s2;
  //赋值重载
  s1 = s2;
}
void Test_string2()
{
  thj::string s1("1234");
  thj::string::iterator it = s1.begin();
  for (it; it < s1.end(); ++it)
    (*it)++;
  cout << s1.c_str() << endl;
  const thj::string s2("1234");
  thj::string::iterator it2 = s2.begin();
  for (it2; it2 < s2.end(); ++it2)
    (*it2)++;
  cout << s2.c_str() << endl;
}
void Test_string3()
{
  thj::string s("hello world");
  cout << s.size() << endl;
  cout << s.capacity() << endl;
  cout << s.c_str() << endl;
  //s.resize(5);
  //cout << s.size() << endl;
  //cout << s.capacity() << endl;
  //cout << s.c_str() << endl;
  //s.reserve(15);
  //cout << s.size() << endl;
  //cout << s.capacity() << endl;
  //cout << s.c_str() << endl;
  //s.resize(12, 'x');
  //cout << s.size() << endl;
  //cout << s.capacity() << endl;
  //cout << s.c_str() << endl;
  s.resize(20, 'x');
  cout << s.size() << endl;
  cout << s.capacity() << endl;
  cout << s.c_str() << endl;
}
void Test_string4()
{
  //thj::string s = "hello world";
  //s.push_back('!');
  //cout << s.c_str() << endl;
  //s.append("xxx");
  //cout << s.c_str() << endl;
  //s += "1";
  //cout << s.c_str() << endl;
  //s += "234";
  //cout << s.c_str() << endl;
  //thj::string s1 = "hello w";
  //s1.insert(3, 'x');
  //cout << s1.c_str() << endl;
  //s1.insert(8, 'x');
  //cout << s1.c_str() << endl;
  //s1.insert(0, 'x');
  //cout << s1.c_str() << endl;
  //thj::string s2 = "hello";
  //s2.insert(5, " world");
  //cout << s2.c_str() << endl;
  //s2.insert(2, "xxxxxxxxxxxxxxxxx");
  //cout << s2.c_str() << endl;
  //s2.insert(0, "!!!!!!!!!!");
  //cout << s2.c_str() << endl;
  thj::string s3 = "hello world";
  s3.erase(11, 10);
  cout << s3.c_str() << endl;
  s3.erase(1, 2);
  cout << s3.c_str() << endl;
  s3.erase(0, 4);
  cout << s3.c_str() << endl;
}
void Test_String5()
{
  thj::string s = "abcdefefeeffc";
  cout << s.find('c', 5) << endl;
  cout << s.find('c') << endl;
  cout << s.find("efe") << endl;
  cout << s.find("efe", 5) << endl;
  cout << s.find("efe", 7) << endl;
}
void Test_string6()
{
  thj::string s;
  cin >> s;
  cout << s << endl;
  thj::string s1;
  cin >> s1;
  cout << s1 << endl;
  thj::string s2;
  thj::getline(cin, s2);
  cout << s2 << endl;
}
int main()
{
  //member functions
  //Test_String1();
  //iteratos
  //Test_string2();
  //capacity
  //Test_string3();
  //modify
  //Test_string4();
  //string operations
  //Test_String5();
  //non-mumber function overloads
  Test_string6();
  return 0;
}

【C++】STL简介 -- string 的使用及其模拟实现