1. 标准库中的string类
1.1 string类简介
- 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。
- 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。
- 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。
- 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：
- 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<char, char_traits, allocator>string；
- 不能操作多字节或者变长字符的序列。
另外要注意的是：
在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;
1.2 string类常见接口
- string类对象的常见构造
| 函数名称 | 功能说明 |
| string() | 构造空的string类对象，即空字符串 |
| string(const char* s) | 用C-string来构造string类对象 |
| string(size_t n, char c) | string类对象中包含n个字符c |
| string(const string&s) | 拷贝构造函数 |
void Teststring() { string s1; // 构造空的string类对象s1 string s2("hello world"); // 用C格式字符串构造string类对象s2 string s3(s2); // 拷贝构造s3 }
string所有的构造函数。
- string类对象的容量操作
注意：
- 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()。
- 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。
- string类对象的访问及遍历操作
| 函数名称 | 功能 |
| operator[] | 返回pos位置的字符，const string类对象调用 |
| begin + end | begin获取第一个字符的迭代器，end获取最后一个字符下一个位置的迭代器 |
- string类对象的修改操作
| 函数名称 | 功能 |
| push_back | 在字符串后尾插字符c |
| append | 在字符串后追加一个字符串 |
| operator+= | 在字符串后追加字符串str |
注意：
- 在string尾部追加字符时，s.push_back(c） 、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。
- string类非成员函数
| 函数名称 | 功能 |
| operator+ | 尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低 |
| operator>> | 输入运算符重载 |
| operator<< | 输出运算符重载 |
| getline | 获取一行字符串 |
| relational operators | 关系运算符重载 |
2. 深拷贝与浅拷贝
2.1 浅拷贝
浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以 当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。要解决浅拷贝问题，C++中引入了深拷贝。
2.2 深拷贝
如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。
3. string类的模拟实现
3.1 传统版写法的string类
class string { public: string(const char* str = "") { // 构造string类对象时，如果传递nullptr指针，认为程序非法，此处断言下 if(nullptr == str) { assert(false); return; } _str = new char[strlen(str) + 1]; strcpy(_str, str); } string(const string& s) : _str(new char[strlen(s._str)+1]) { strcpy(_str, s._str); } string& operator=(const string& s) { if(this != &s) { char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1]; strcpy(pStr, s._str); delete[] _str; _str = pStr; } return *this; } ~string() { if(_str) { delete[] _str; _str = nullptr; } } private: char* _str; };
3.2 现代版写法的string类
class string { public: string(const char* str = "") { if(nullptr == str) str = ""; _str = new char[strlen(str) + 1]; strcpy(_str, str); } string(const string& s) : _str(nullptr) { string strTmp(s._str); swap(_str, strTmp._str); } // 对比下和上面的赋值那个实现比较好？ string& operator=(string s) { swap(_str, s._str); return *this; } ~string() { if(_str) { delete[] _str; _str = nullptr; } } private: char* _str; };
3.3 写时拷贝
写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。
引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。
string模拟实现完整代码
#pragma warning(disable : 4996) #pragma once #include<iostream> #include<algorithm> using std::cout; using std::cin; using std::ostream; using std::istream; using std::endl; using std::exception; #include<assert.h> class string { friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const string& s); friend istream& operator>>(istream& _cin, string& s); public: typedef char* iterator; typedef const char* const_iterator; iterator begin() { return _str; } iterator end() { return _str + _size; } 错误实现 导致const对象也可以修改 //iterator begin()const //{ // return _str; //} //iterator end()const //{ // return _str + _size; //} const_iterator begin()const { return _str; } const_iterator end()const { return _str + _size; } string(const char* str = "") :_size(strlen(str)) , _capacity(_size) { _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, str); } 传统写法 //string(const string& s) // :_size(strlen(s._str)) // ,_capacity(_size) //{ // _str = new char[strlen(s._str) + 1]; // strcpy(_str, s._str); //} void swap(string&s ) { std::swap(_str, s._str); std::swap(_size, s._size); std:: swap(_capacity, s._capacity); } //现代写法 string(const string& s) :_str(nullptr) , _size(0) ,_capacity(0) { string tmp(s._str); swap(tmp); } 传统写法 //string& operator=(const string& s) //{ // if (this != &s) // { // char* tmp = new char[s._capacity + 1]; // strcpy(tmp, _str); // delete[] _str; // _str = tmp; // _size = s._size; // _capacity = s._capacity; // //if (_str != NULL) // //{ // // // // char* tmp = new char[strlen(s._str) + 1]; // // strcpy(tmp, s._str); // // delete[] _str; // // _str = tmp; // // _size = s._size; // // _capacity = s._capacity; // //} // } // return *this; //} 现代写法 1、 //string& operator=(const string& s) //{ // if (this != &s) // { // string tmp(s._str); // swap(tmp); // } // return *this; //} 2、 string& operator=(string s) { swap(s); return *this; } char& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _str[pos]; } const char& operator[](size_t pos)const { assert(pos < _size); return _str[pos]; } ~string() { if (_str) { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; } } const char* c_str() const { return _str; } size_t size() const { return _size; } size_t capacity()const { return _capacity; } void push_back(const char ch) { //if (_size == _capacity) //{ // //if(_capacity==0?) // reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity); //} //_str[_size] = ch; //++_size; //_str[_size] = '\0'; insert(_size, ch); } string& operator+=(const char ch) { push_back(ch); return *this; } string& operator+=(const char* str) { append(str); return *this; } void reserve(size_t n) { if (n > _capacity) { char* tmp = new char[n + 1]; strcpy(tmp, _str); delete[] _str; _str = tmp; _capacity = n; } } void resize(size_t n, const char ch = '\0') { if (n < _size) { _size = n; _str[_size] = '\0'; } else { if (n > _capacity) { reserve(n); } for (size_t i = _size; i < n; ++i) { _str[i] = ch; } _size = n; _str[_size] = '\0'; } } void append(const char* str) { //size_t len = _size + strlen(str); //if (len > _capacity) //{ // reserve(len); //} //strcpy(_str + _size, str); //_size = len; insert(_size, str); } string& insert(size_t pos, char ch) { assert(pos <= _size); if (_size == _capacity) { reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity); } 错误代码 //size_t end = _size; //while (end >= pos) //{ // _str[end + 1] = _str[end]; // --end; //} //int end = _size; //while (end >= (int)pos) //{ // _str[end + 1] = _str[end]; // --end; //} size_t end = _size + 1; while (end > pos) { _str[end] = _str[end - 1]; --end; } _str[pos] = ch; return *this; } string& insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos <= _size); size_t len = strlen(str); if (len == 0) { return *this; } if (_size + len > _capacity) { reserve(_size + len); } size_t end = _size + len; while (end > pos+len-1) { _str[end] = _str[end-len]; end--; } //for (int i = 0; i < len; i++, pos++) //{ // _str[str + pos] = str[i]; //} strncpy(_str + pos, str, len); _size = _size + len; return *this; } string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos) { assert(pos < _size); if (len == npos || pos + len >= _size) { _str[pos] = '\0'; _size = pos; } else { size_t begin = pos + len; while (begin <= _size) { _str[begin - len] = _str[begin]; ++begin; } _size -= len; } return *this; } // 返回c在string中第一次出现的位置 size_t find(char ch, size_t pos = 0) const { for (; pos < _size; ++pos) { if (_str[pos] == ch) { return pos; } } return npos; } // 返回子串s在string中第一次出现的位置 size_t find(const char* str, size_t pos = 0) const { const char* p = strstr(_str + pos, str); if (p == nullptr) { return npos; } else { return p - str; } } void clear() { _str[0] = '\0'; _size = 0; } private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; //const static size_t npos = -1; const static size_t npos; }; const size_t string::npos = -1; bool operator<(const string& s1, const string& s2) { return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0; } bool operator==(const string& s1, const string& s2) { return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0; } bool operator<=(const string& s1, const string& s2) { return (s1 < s2)||(s1==s2); } bool operator>(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 <= s2); } bool operator>=(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 < s2); } bool operator!=(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 == s2); } ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) { //out << s.c_str();//不打印'\0' for (auto ch : s) { out << ch; } return out; } istream& operator>>(istream& in, string& s) { //char ch; //ch = in.get(); //while (ch != ' ' && ch != '\n') //{ // s += ch; // ch = in.get(); //} s += ch; //return in; s.clear(); char ch; ch = in.get(); char buff[128] = { '\0' }; size_t i = 0; while (ch != ' ' && ch != '\n') { buff[i++] = ch; if (i == 127) { s += buff; memset(buff, '\0', 128); i = 0; } ch = in.get(); } s += buff; return in; }
