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【C++】STL —— String类不会怎么办？ 看文档（万字详解）(上）

2023-01-14 129
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简介： 【C++】STL —— String类不会怎么办？ 看文档（万字详解）(上）

一. 编码科普

为什么string不能针对char来写？因为编码不同。char只能表示256个字符。

所以这时候要用模板。


string管理的是一个char*的字符串。

u16string：一个字符是两个字节

u32string：一个字符是四个字节

wstring：叫做宽字符，一个字符占两个字节


🐋ASCII码


ASCII码表。是美国设计的。

ASCII码表是：计算机当中存的值，和字符的映射

但是只有256个字符的表示。用char表示


🐋Unicode


也叫做万国码。


Unicode是针对全世界的语言而设计的一种编码。


常见的有utf-8 utf-16 utf-32


🐋gbk


gbk是叫做国标码。是针对中文创建的一个编码。其中还涉及台湾的繁体字。


计算机上不止有英文，还要有中文，日文等语言。但是ASCII码表不足以表示


二. String类

string类实际上是basic_string这个类模板的实例化 ——


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


其底层实现大概如下：


template<class T>
class basic_string
{
  // ...
private:
  T* _str; //动态申请的
    size_t _size;
    size_t _capacity;
  // ...
};


我们发现字符串类型不仅仅只有字符串，为什么还会有类模板呢？这就涉及到不同编码规则问题


在ascii编码表（老美写的）中，将值和符号建立映射关系，1byte空间可以表示256个英文字符；再说unicode，是为了表示全世界文字的编码表，其中的utf-16方案，所有字符，无论中英还是啥，都是两字节表示。我们认识到的，字符可不简单的是char，还可以是wchar宽字符等等


🔥下面介绍string类常用的接口 ，要熟练掌握，其余的用时查阅即可。在使用string类时，需要包含头文件#include<string>以及展开命名空间using namespace std;


三.构造 & 析构 & 赋值重载

⚡构造函数


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png

展示：——

2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png

这里我们看见是一个空串，但是为了更好的兼容c，它后面是给了一个\0的，我在原始视图里发现


4cebaac233b3433da32a72337a77fc60.png


说明符合c字符串的规范


其余的接口简单演示，主要为了演示如何查阅文档


⚡ 功能：从pos开始取对象的一部分(len)。


substring (3) string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);


其中len给了缺省值npos，npos是string类的一个静态成员变量，值为-1，换算成补码就是全1，赋值给了size_t,也就是整型的最大值4,294,967,295。那如果不传参数的话，基本上是有多少取多少。


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png


注：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出，因为重载了流插入>>和流提取<<操作符(后面说)


⚡取字符串前n个（用的非常少）


from sequence (5) string (const char* s, size_t n);


⚡ 一键初始化


fill (6) string (size_t n, char c);


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


⚡析构函数（不重要）


析构我们不管，对象出了作用域，自动调用的


⚡赋值重载


2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png

string s1;
string s2 = "hello world";//构造+拷贝构造-》优化——直接构造
s1 = s2;
s1 = "xxxxx";
s1 = 'y';


如果现在让我们取实现逆置一个字符串，我们又不能拿的到str（私有），何况我们都不知道底层是_str 还是str_ ，不清楚底层实现，这就要引出[]


四.operator[ ]

重载了[],使得string类可以像数组一样访问字符。不同的是，数组访问本质是解引用，而这里是调用函数。


它提供了两个版本 ——


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


其大概的底层实现如下：


char& operator[](size_t pos)//传引用返回，别名
{
   assert(pos<_size);
   return _str[pos];
}


operator[]是传引用返回，返回的是别名，这使得它可读可写。


这里不是为了减少拷贝，而是为了做输出型参数，支持修改返回值


2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png


#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
  string s("more than words");
  // 1.可读
  //for (size_t i = 0; i < s.length(); i++)  二者都是求长度，string比较早，且不适合一些树的结构
  for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
  {
  //等价于cout << s.operator[](i) << " " <<; 
  cout << s[i] << ' ' ;
  }
  cout << endl;
  // 2.可写
  for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
  {
  s[i] += 1;
  }
  cout << s << endl;
  return 0;
}


对于const修饰的就不能修改了


const string s2("hello world");
for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
{
  s2[i]++;//报错了
}


下面两个函数功能一致，（at的存在有历史原因）只不过二者检查越界的方式不同，推荐使用[] ——


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


五、Capacity 容量操作


2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png

⚡size vs length


➰字符串中有效字符长度，即不包含最后作为结尾标识符的\0


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


两者底层实现完全一致(length的存在是历史原因)，但强烈推荐使用size. 这是为了和后序各种容器接口保持一致（二叉树你不能用length吧）


capacity

➰ 容量：能存多少个有效字符（注意\0无效字符不算），要记得string类的底层是顺序表结构，初始值是15


2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png


⚡resize vs reverse

➰reserve 和 resize 都是改变容量，申请至少n个字符的空间(字符串涉及对齐问题，后续详谈) ，但有所不同 ——


🤞1. resize - 开空间，并可以对空间初始化


4cebaac233b3433da32a72337a77fc60.png

翻译知道


如果是将元素个数减少，会把多出size的字符抹去，这不挺resize的吗（狗头）

如果是将元素个数增多，void resize (size_t n);，用\0来填充多出的元素空间，void resize (size_t n, char c);用字符c来填充多出的元素空间

注：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变容量的大小；如果是将元素个数size减少，容量不变

void test_string14()
{
  string s1("JDG 总冠军");
  s1.resize(5);//size缩小成5,capacity不变
  string s2("JDG 总冠军");
  s2.resize(100);//填充'\0',size——>100,capacity->111(自动扩容)
  string s3("JDG 总冠军");
  s3.resize(100,'~');//填充'\0',size——>100,capacity->111(自动扩容)
}


➰ 2. reserve - 开空间。在已知需要多少空间时，调用reserve，可以避免频繁增容的消耗


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


为字符串预留空间，改变容量。当然了不会改变有效元素个数size

给reserve的参数n小于string的容量时，是无效请求，并不会改变容量大小

#include<string>
using namespace std;
int main()
{
  string s1;
  s1.reserve(100); // size - 0,capcacity->111
  string s2("more than words");
  s2.reserve(5);   // capacity和size仍为15
  return 0;
}


⚡clear

➰ 清空有效字符，容量不变


2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png


⚡empty

➰ 检测字符串是否为空串


4cebaac233b3433da32a72337a77fc60.png


六、iterator 迭代器

第二种遍历的方法：迭代器，对于string类，无论正着还是倒着走，[下标]的方法都足够好用，为什么还要有迭代器？

🤞🤞事实上，迭代器是一种通用的遍历方式，且用法类似，所有容器都可以使用迭代器这种方式去访问修改，而list、map/set不支持[下标]遍历。结论是，对于string类，我们得会用迭代器，但是我们更喜欢用[下标]


🌈正向迭代器


正向迭代器提供了两个函数——


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png


🌈迭代器 iterator是像指针一样的类型，不确定是不是（薛定谔的猫），但它的用法像指针一样， 其区间[ }左闭右开


#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
  string s("more than words");
  // 1.可读
  string::iterator it = s.begin();
  while (it != s.end())
  {
  cout << *it << " ";
  it++;
  }
  cout << endl;
  // 2.可写
  it = s.begin();
  while (it != s.end())
  {
  *it += 1;
  it++;
  }
  cout << s <<endl;
  return 0;
}

0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png

iterator依然提供了两个版本，第二个是const变量

关于遍历的时候！=能不能改成<= ,可以但是没必要，因为在string的物理空间是连续的，其他容器list等不一定连续。


🌈反向迭代器


也提供了两个成员函数


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png


void test_string5()
{
  string s("hello");
  string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
  //auto rit = s.rbegin();//auto 可以自动推导类型
  while (rit != s.rend())
  {
  cout << *rit << " ";
  rit++;
  }
  cout << endl;
}

0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


🌈const迭代器


所谓的const迭代器就是针对const的版本嘛


普通迭代器可读可写，相当于string类模板中，类型为T*

而const迭代器不可写。这是因为是const成员函数，const修饰this指针指向的内容(相当于string类模板中，类型为const T*)

const迭代器也分正向迭代器和反向迭代器，且就是给const对象用的。这是因为const对象才能调用这里的const成员函数，返回const迭代器，不可写。


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


使用情况如下：


void test_string6()
{
  string s("hello");
  // const正向迭代器 - 可读不可写
  string::const_iterator it = s.begin();
  while (it != s.end())
  {
  cout << *it << " ";
  it++;
  }
  cout << endl;
  // const反向迭代器 - 可读不可写
  string::const_reverse_iterator rit = s.rbegin();
  while (rit != s.rend())
  {
  cout << *rit << " ";
  rit++;
  }
  cout << endl;
}


传参进func中，s是const对象，自动调用第二个接口，返回的是const_iterator，要用const迭代器类型接收，且不能修改


2d65d23f6d4748949b924e4057485923.png


C++11为了区分const迭代器和普通迭代器还提供了以下接口，不然调用时容易混淆


4cebaac233b3433da32a72337a77fc60.png


🌈范围for遍历


范围for是C++11提供的语法糖🍬，实际上底层编译器会替换成迭代器（反汇编里可以看出） 只能正向遍历


🍬依次取s中的每个字符，赋值给ch


自动迭代

自动判断结束

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
  string s("more than words");
  for (auto& ch : s)
  {
  cout << ch << " ";
  }
  cout << endl;
  for (auto& ch : s)
  {
  ch += 1;
  }
  cout << s << endl;
  return 0;
}


ps：


若要修改，auto要加上&。因为*it会依次赋值给ch，ch是*it的拷贝，*it改变不影响ch，所以要加上&


文章标签：
云数据库 ClickHouse
C++
容器
编译器
关键词：
C++ stl
C++ string类
stl String类
C++ stl类
C++ string
张小姐的猫
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