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【C++初阶】8. STL初阶 + String类

2024-04-07 144
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简介： 【C++初阶】8. STL初阶 + String类

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STL初阶

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 VisualC++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。在学习STL的过程中，要阅读部分源代码， 主要参考的就是这个版本。

3. STL的六大组件

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String类

1. 为什么学习string类？

1.1 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。
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但是ASCII码值只适用于英文，对于中文汉字来说无法实现，这时候就出现了Unicode编码(万国码)
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2. 标准库中的string类(string类的用法)

2.1 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：==

  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 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;

    2.2 string类的常用接口说明

    1. string类对象的常见构造

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    2. string类对象的容量操作

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    这边顺便提一嘴，为啥会有两个一样的接口来返回字符串的有效长度呢？
    一开始string类中只有length接口，表示字符串的长度 后面出现STL库，为了使其与STL库中接口一致增加了size接口

    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

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      2.3 string类的使用形式

      string类+-读取

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      string类遍历

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      迭代器的使用形式

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      capacity的使用

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      扩size(resize) / 扩capacity(recapacity)

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      ==众所周知，扩容是有代价的，尤其是异地扩容，需要释放前空间，再开辟新空间==
      但是，当我们知道自己所需要的空间大小可不可以一次性开辟好呢？
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      尾插

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      任意位置插入/删除string(不推荐)

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      赋值assign / 替换replace(不推荐)

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      c_str

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      主要是为了C++兼容C语言的接口使用

      substr

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      运算符重载

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      3. 习题

      3.1 反转字符串

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      3.2 字符串相加

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      ==不停的头插，挪动的数据越来越多，时间复杂度O(N^2^)==,所以推荐尾插并逆置

      3.3 字符串中第一个唯一字符

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      3.4 字符串最后单词长度

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      4. 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
      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;
      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。
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      ==VS下使用的策略其实就是以空间换时间，当长度<16的时候存储在buff当中 当长度>=16时存储在_ptr所指向的空间当中==

      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
      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
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文章标签：
C++
C语言
容器
存储
算法
关键词：
C++ string
C++类
String类
C++ stl
C++ string类
哈茶真的c
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