【C++】C++标准模板库STL （一） string类的使用详解（1）

一、STL的基础介绍

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。如果你要深入学习STL想要阅读部分源代码，可以主要参考这个版本。

3. STL的六大组件

二、string类的介绍

string类是STL中的容器，也是我们学习STL的开始。

1. 为什么学习string类

• C语言中的字符串
  C语言中基本类型有char类型没有字符串类型，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(如：strlen, strcmp,strcat,strcpy 等)，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP(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。

因此为了更加高效的使用和管理字符串，C++提出了string类的概念，关于string类的学习我们先学习string类的使用，后面我们进一步深入时我们再去动手模拟实现string类，在这里我们首先知道string类的底层其实就是char类型的顺序表就行了。

2. 标准库中的string类

string类的文档介绍

从文档中我们能看到：

1. 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。
2. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char>string;
3. 不能操作多字节或者变长字符的序列。(如英文使用ASCII编码使用一个字节表示一个字母，汉字如果采用GBK编码占用两个字节表示一个汉字)
4. 处理多字节或者变长字符的序列要用到以下三个类：
   
5. 在使用string类时，必须包含 #include<string>以及using namespace std;

三、string类的常用接口说明

在上面的string类的文档介绍中我们可以看到string类接近有140个不同的接口函数，在这么多的成员函数中，很多都是冗余不必要的，因此下面我只讲解最常用的接口。

在讲解这些函数接口之前，我们先来介绍npos，npos是string类里面的一个静态成员变量,因此用string类创建的所有对象访问的都是同一个npos,其次我们来看pos的定义：

首先npos的值是被const修饰了，其值不能更改，然后size_t是无符号整形unsigned的typedef，定义将-1的值赋值给了npos,但npos是无符号整形，因此此时nops的值就是无符号整形的最大值65535。

1. string类对象的常见构造函数

1. 缺省构造函数，用空字符串初始化string对象
2. 拷贝构造函数，用string类的对象另一个对象
3. 用string类的对象中的字符串的子串初始化一个对象,子串的起始位置是pos,结束位置是pos向后的len个字符,如果len没有给缺省值，默认为npos即从pos位置后面有多少拿多少。
4. 用C风格的字符串初始化string类的对象
5. 用C风格的字符串前n个字符初始化string类的对象
6. 用n个字符初始化string类的对象

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
  string s0("hello world!");
  string s1;          //default (1)   缺省构造函数   
                //用空字符串初始化s1对象  
  string s2(s0);        //copy (2)      拷贝构造函数   
                //用string类的对象s0初始化s2对象
  string s3(s0, 6, 5);    //substring (3)   用string类的对象s0的字符串的子串"world"初始化s3  
                //这里pos参数表示位置，len表示的是个数
  string s4("hello string");  //from c-string (4) 
                //C风格的字符串初始化string类的对象s4
  string s5("hello world",5); //from sequence(5)  
                //用C风格的字符串前五个字符"hello"初始化string类的对象s5
  string s6(5, 'x');      //fill (6)  
                //用5个'x'初始化string类的对象s6
  cout << s0 << endl;
  cout << s1 << endl;
  cout << s2 << endl;
  cout << s3 << endl;
  cout << s4 << endl;
  cout << s5 << endl;
  cout << s6 << endl;
}

2. string类对象的容量操作

• 我们先来看看不涉及扩容的函数

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
  string s1("hello world");
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.length() << endl;
  cout << s1.capacity() << endl;
  cout << s1.max_size() << endl;
  s1.clear();
  cout << s1.empty() << endl;
  return 0;
}

• 我们再来看看涉及扩容的函数

1. std::string::reserve()函数与std::string::shrink_to_fit()函数

//std::string::reserve()函数
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
  string s1("hello world");
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.capacity() << endl;
  s1.reserve(200);  //提前把空间扩容到200字节，但不初始化
            //由于string类内部的一些原因（如：对齐等原因），虽然向系统申请的的200字节，
            //但不一定就是200字节，总之系统申请的空间会 >= 你给的指定值
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.capacity() << endl;
  s1.shrink_to_fit(); //缩减容量让 size == capacity
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.capacity() << endl;
  return 0;
}

观察会发现，经过reserve()函数的处理后size(字符个数)没有变，但是capacity(容量)改变了。

经过shrink_to_fit()函数处理后size(字符个数)没有变，但是capacity(容量)改变了。（虽然，shrink_to_fit()函数能够减少空间的浪费，但是我们还是一般不缩容，因为缩容的消耗是很大的）