C++初阶(十一)STL简介及string类初讲

简介: C++初阶(十一)STL简介及string类初讲

一、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


二、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要阅读部分源代码,主要参考的就是这个版本。


三、STL的六大组件


四、STL的重要性

1、在笔试中

二叉数层序打印

重建二叉树

两个栈实现一个队列

2、在面试中

3、 在工作中

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,站在前人的肩膀上,健步如飞的快速开发。


五、如何学习STL

简单总结一下:学习STL的三个境界:能用,明理,能扩展 。


六、STL的缺陷

  1. STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽,上一版靠谱是C++98,中间的C++03基本一些修订。C++11出
    来已经相隔了13年,STL才进一步更新。
  2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
  3. STL极度的追求效率,导致内部比较复杂。比如类型萃取,迭代器萃取。
  4. STL的使用会有代码膨胀的问题,比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码,当然这是模板语
    法本身导致的。

七、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,但是这些库函数与字符串是分离开的,不太符合OOP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。

2、面试题

在OJ中,有关字符串的题目基本以string类的形式出现,而且在常规工作中,为了简单、方便、快捷,基本都使用string类,很少有人去使用C库中的字符串操作函数。


八、标准库中的string类

1、string类(了解)

string类的文档介绍

  1. 字符串是表示字符序列的类
  2. 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符容器的接口,但添加了专门用于操作
    单字节字符字符串的设计特性。
  3. string类是使用char(即作为它的字符类型,使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信
    息,请参阅basic_string)。
  4. 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作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
  5. 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-8)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:
  6. string是表示字符串的字符串类
  7. 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。
  8. string在底层实际是:basic_string模板类的别名,typedef basic_string<char, char_traits, allocator>
    string;
  9. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

在使用string类时,必须包含#include头文件以及using namespace std;

2、string类的常用接口说明(注意下面我只讲解最常用的接口)

1、string类对象的常见构造

2、string类对象的容量操作

注意:

  1. 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()。
  2. clear()只是将string中有效字符清空,不改变底层空间大小。
  3. 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。
  4. 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。

3、string类对象的访问及遍历操作

4、 string类对象的修改操作

注意:

  1. 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。
  2. 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。

5、string类非成员函数

上面的几个接口大家了解一下,下面的OJ题目中会有一些体现他们的使用。string类中还有一些其他的操作,这里不一一列举,大家在需要用到时不明白了查文档即可。

6、 vs和g++下string结构的说明

注意:下述结构是在32位平台下进行验证,32位平台下指针占4个字节。

vs下string的结构

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

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

指向堆空间的指针,用来存储字符串。

7、 牛刀小试

仅仅反转字母

class Solution {
public:
 bool isLetter(char ch)
 {
 if(ch >= 'a' && ch <= 'z')
 return true;
 if(ch >= 'A' && ch <= 'Z')
 return true;
 return false;
 }
 string reverseOnlyLetters(string S) {
 if(S.empty())
 return S;
 size_t begin = 0, end = S.size()-1;
 while(begin < end)
 {
 while(begin < end && !isLetter(S[begin]))
 ++begin;
 while(begin < end && !isLetter(S[end]))
 --end;
 swap(S[begin], S[end]);
 ++begin;
 --end;
 }
 return S;
 }

找字符串中第一个只出现一次的字符

class Solution {
public:
 int firstUniqChar(string s) {
 // 统计每个字符出现的次数
 int count[256] = {0};
 int size = s.size();
 for(int i = 0; i < size; ++i)
 count[s[i]] += 1;
 // 按照字符次序从前往后找只出现一次的字符 for(int i = 0; i < size; ++i)
 if(1 == count[s[i]])
 return i;
 return -1;
 }
};

验证一个字符串是否是回文

class Solution {
public:
 bool isLetterOrNumber(char ch)
{
 return (ch >= '0' && ch <= '9')
 || (ch >= 'a' && ch <= 'z')
 || (ch >= 'A' && ch <= 'Z');
 }
 bool isPalindrome(string s) {
 // 先小写字母转换成大写,再进行判断
 for(auto& ch : s)
 {
 if(ch >= 'a' && ch <= 'z')
 ch -= 32;
 }
 int begin = 0, end = s.size()-1;
 while(begin < end)
 {
 while(begin < end && !isLetterOrNumber(s[begin]))
 ++begin;
 while(begin < end && !isLetterOrNumber(s[end]))
 --end;
 if(s[begin] != s[end])
 {
 return false;
 }
 else
 {
 ++begin;
 --end;
 }
 }
 return true;
 }
};

字符串相加

class Solution {
public:
 string addstrings(string num1, string num2) 
{
 // 从后往前相加,相加的结果到字符串可以使用insert头插
 // 或者+=尾插以后再reverse过来
 int end1 = num1.size()-1;
 int end2 = num2.size()-1;
 int value1 = 0, value2 = 0, next = 0;
 string addret;
 while(end1 >= 0 || end2 >= 0)
 {
 if(end1 >= 0)
 value1 = num1[end1--]-'0';
 else
 value1 = 0;
 if(end2 >= 0)
 value2 = num2[end2--]-'0';
 else
 value2 = 0;
 int valueret = value1 + value2 + next;
 if(valueret > 9)
 {
 next = 1;
 valueret -= 10;
 }
 else
 {
 next = 0;
 }
 //addret.insert(addret.begin(), valueret+'0');
 addret += (valueret+'0');
 }
 if(next == 1)
 {
 //addret.insert(addret.begin(), '1');
 addret += '1';
 }
 reverse(addret.begin(), addret.end());
 return addret;
 }
};

总结

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