【C++】：string用法详解

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六大组件

3. 标准库中的string类

string类的文档介绍

3.1string类

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：

• 1. string是表示字符串的字符串类
• 2. 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。
• 3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator> string;
• 4. 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;

4. string类的常用接口

关于string类中的接口有许多许多，在这里只介绍最常用的接口。

4.1string类对象的常见构造

string类构造的参考文档

void Teststring()
{
  string s1;   //空字符串
  string s2("hello world!");  //字符串构造
  string s3(10, 'x'); //字符构造
  string s4(s2);  //拷贝构造s2
}

4.2string类对象的容量操作

1. size、length、capacity、clear、empty

void Teststring_capacity1()
{
  string s("Hello World!!");
  //字符串的有效长度
  cout << s.size() << endl;  //这两个计算出来的结果都不包含'\0'
  cout << s.length() << endl;
  //s的容量
  cout << s.capacity() << endl;
  //判空
  cout << s.empty() << endl;
  //清理数据，但不释放空间
  s.clear();
  cout << s.empty() << endl;
  cout << s.capacity() << endl;
}

2. resize

void Teststring_capacity2()
{
  string s("Hello World!!");
  //1. 指定字符
  //多出来的空间用指定字符填充
  s.resize(20, 'x');
  cout << s << endl;
  //2. resize大小小于size
  s.resize(11);
  cout << s.size() << endl;
  cout << s << endl;
  //3. resize大于size
  // 多出来的空间使用'\0'填充
  s.resize(20);
  cout << s.size() << endl;
}

3.  reserve

void Teststring_capacity3()
{
  string s("xxx");
  cout << s.size() << endl;
  cout << s.capacity() << endl;
  //扩容的空间小于预留空间，则不会改变
  s.reserve(10);
  cout << s.size() << endl;
  cout << s.capacity() << endl;
  s.reserve(20);
  cout << s.size() << endl;
  cout << s.capacity() << endl;
}

总结：

• 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 n = 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。

4.3string类对象的访问及遍历操作

1. operator[ ]

void Teststring_access1()
{
  string s1("Hello World");
  string s2 = "Hello World!!!"; 
  //遍历s1
  for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
  {
        //读
    cout << s1[i];
  }
  cout << endl;
  //遍历s2
  for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
  {
        //读
    cout << s2[i];
  }
  cout << endl;
}

2. 迭代器 和 begin+ end、rbegin + rend

void Teststring_access2()
{
  string s = "Hello World!";
  //正向迭代器
  string::iterator it = s.begin();
  //auto it = s.begin();  //使用auto自动识别类型
  while (it != s.end())
  {
        //读
    cout << *it;
    ++it;
  }
  cout << endl;
  //反向迭代器
  string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
  //auto rit = s.rbegin();  //使用auto自动识别类型
  while (rit != s.rend())
  {
        //读
    cout << *rit;
    ++rit;
  }
  cout << endl;
}

迭代器默认是可以进行读和写

void Teststring_access3()
{
  string s = "Hello World!";
  //遍历
  for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
  {
    //写
    s[i]++;
    cout << s[i];
  }
  cout << endl;
  //迭代器
  string::iterator it = s.begin();
  while (it != s.end())
  {
    //写
    *it = 'x';
    ++it;
  }
  cout << s << endl;
}

3. 范围for

void Teststring_access4()
{
  string s = "Hello World!";
    // 原理：编译器编译器替换成迭代器
  //范围for
  for (auto ch : s)
  {
    //读
    cout << ch;
  }
  cout << endl;
  //范围for
  for (auto& ch : s)
  {
    //写
    ch++;
  }
  cout << s << endl;
}

4.4string类对象的修改操作

1. 头插、追加、尾删

void Test_modify1()
{
  string s;
  //尾插
  s.push_back('H');
  s.push_back('e');
  cout << s << endl;
  //追加
  s += "llo";
  s.append(" World!");
  cout << s << endl;
  //尾删删除
  s.pop_back();
  cout << s << endl;
}

2.c_str、npos、substr、find

void Test_modify2()
{
  string s = "Hello World!";
  //返回C格式的字符串
  cout << s.c_str() << endl;
  size_t pos = s.find('!');
  //
  s[pos]++;
  cout << s.c_str() << endl;
  cout << s.substr(2, 5) << endl;
  cout << s.substr() << endl;
  //不传参默认从头开始一直截取到尾
}

注意：

1. 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。

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。

4.5string的非成员函数

string非成员函数相关接口查看的文档

在string中是支持流插入和流提取，因为string中将<< 和 >>运算符重载了

void Test()
{
  string s;
  //输入
  cin >> s;
  //输出
  cout << s << endl;
}

getline可以获取一行的字符串，并不会因为遇到空格而停下来：

void Test2()
{
  string s;
  //输入
  getline(cin, s);
  cout << s << endl;
}

5. 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

5.1vs下的string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

union _Bxty
  { // storage for small buffer or pointer to larger one
    value_type _Buf[_BUF_SIZE];
    pointer _Ptr;
    char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
  } _Bx;
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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。

5.2g++下string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

struct _Rep_base
{
  size_type      _M_length;
  size_type      _M_capacity;
  _Atomic_word   _M_refcount;
};

• 指向堆空间的指针，用来存储字符串

朋友们、伙计们，美好的时光总是短暂的，我们本期的的分享就到此结束，欲知后事如何，请听下回分解~，最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔，感谢大家的支持！