C++ STL 学习之【string】
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文章目录
- 前言
- 正文
-
- basic_string
- 编码理解
- 构造函数相关
-
- ️无参(默认)构造函数
- ️带参构造函数
- 容量操作相关
-
- ️获取数据
- ️扩容空间
- ️调整长度
- 遍历字符相关
-
- ️下标访问
- ️迭代器
- 字符修改相关
-
- ️尾插字符/字符串
- ️任意位置插入字符/字符串
- ️删除字符/字符串
- ️查找字符/字符串位置
- ️截取字符串
- 非成员函数
-
- ️流操作
- ️获取字符串
- ️比较函数
- 相关试题
- 总结
前言
STL 是 C++ 的重要组成部分，由六大部分构成：伪函数、空间配置器、算法、容器、迭代器 和 配接器，其中各种各样的 容器 可以很好的辅助我们写程序，比如今天要介绍的 string，有了它之后，我们对字符串的操作就能变得行云流水
注意： string 诞生于 STL 之前，因此存在部分接口冗余的情况
正文
本文介绍的是 string 部分常用接口
basic_string
string 是 basic_string模板 的一份实例，因为字符串多种多样，所以 string 也有各种各样的版本
string常规字符串类，即每个字符占位1bytewstring宽字符串类，用来处理较长字符串，Winows下占位2byte，而 Linux下占位4byteu16string匹配UTF-16编码标准，指定字符占位2byte（C++11）u32string匹配UTF-32编码标准，规定字符占位4byte（C++11）
世界上有各种各样的语言，其字符长度大多不一样，因此需要使用不同的 string 来匹配输出自己国家的字符
编码理解
我们这里介绍的是 string 类，它匹配 UTF-8 标准，而此标准又兼容了 ASCII 码，因此比较常用
ASCII 是美国信息标准交换代码，仅仅通过 1byte 就能满足其字符需求
UTF-8 的特点是能根据不同范围的字符匹配使用不同的标准，因为ASCII 都是 0xxxxxxx 的形式，当识别到其他字符时，会匹配使用对应标准，比如当识别到汉字时，会使用 GBK 编码标准来进行输出(Windows)
后续随着万国码 Unicode 的诞生，提出了能适用更多语言的编码标准，即 UTF-16 和 UTF-32 ，而 basic_string 中的 u16string 和 u32string 这两个类就是用来匹配编码标准的
注： 这两个类是在 C++11 标准中制定的
我们的 string 其实就是 basic_string 的别名
构造函数相关
现在正式进入 string 类的学习，先从默认成员函数—构造函数入手
注意： string 包含于 iostream 头文件中，并且还需要展开 std 命名空间
️无参(默认)构造函数
#include调用无参构造函数时，默认将对象初始化为空串，即只包含 '\0' 的字符串
️带参构造函数
我们也可以指定 string 对象中的内容
int main()
{
string s("Hello String!"); //指定内容
//string s = "Hello String!"; //下面这种写法也是完全可以的
return 0;
}
string 也支持将对象构造为 n 个字符 c
int main()
{
string s(10, 'w'); //构造10个w字符
return 0;
}
最后再来看看 string 类的 拷贝构造 函数
int main()
{
string s1("Hello");
string s2(s1); //将 s1 的内容构造给 s2
//string s2 = s1; //这种写法也是可以的
return 0;
}
容量操作相关
我们可以把 string 类看作一个专门用来处理字符的顺序表，因为它有字符指针、容量、长度等信息，我们也可以进行手动扩容等操作
️获取数据
获取 string 对象中指向字符串的指针 _str
C++兼容C，在某些场景下需要使用指向字符串的指针，因此 string 类中提供了这个接口
int main()
{
string s("hello");
cout << s.c_str() << endl; //获取对象s中的字符串指针
return 0;
}
此时直接打印内容的原因是当指针指向对象为常量字符串时，编译器会直接打印内容
我们可以通过强转来观察函数 c_str()
cout << (void*)s.c_str() << endl; //此时指针非常量字符指针
通过函数 capapcity() 和 size() 获取当前对象的容量和大小
int main()
{
string s(200, 'H'); //直接构造200个字符H
cout << "The string capacity is " << s.capacity() << endl;
cout << "The string size is " << s.size() << endl;
//cout << "The string size is " << s.length() << endl; //这种方式也能获取大小
return 0;
}
length() 函数能起到和 size() 函数完全一样的效果， 那为什么会有两个函数呢？
string诞生于STL之前，当时的设计的获取大小函数为length()- 后来当
string并入STL后，委员会为了统一化，就在string类中添加了一个size()函数，因为其他容器中获取大小的函数都是size() - 为了确保向前兼容性，不能直接删除
length()，这里推荐使用size()
️扩容空间
new 出来的空间不支持像 realloc 一样直接扩容，而是需要通过函数扩容
realloc大多数情况下都是异地扩容，即开辟-拷贝-销毁-更改指向- 而
reserve()函数实现的就是异地扩容
int main()
{
string s(30, 'H'); //初始化大小为10
cout << "The default capacity " << s.capacity() << endl;
s.reserve(300); //扩容为300
cout << "The expansion capacity " << s.capacity() << endl;
return 0;
}
VS 中的容量都会稍微多一点
假若我们不手动扩容，string 也会像顺序表一样，识别到容量不够时，自动扩容
VS中 string 的扩容策略
- 默认给一个大小为
15的数组存储数据，当数组够用时，都是用的数组 - 当数组容量不够时，改用指针，先
2倍扩容至30，后续字符都是存在指针中 - 之后的扩容操作，都是以
1.5倍进行扩容 - 会多开辟一些空间
Linux中 string 的扩容策略
- 默认大小为
0的空间 - 当第一次扩容时，会先扩至
1 - 扩容时每次都是
2倍扩容法，比较清晰 - 不会多开空间
int main()
{
string s;
int capacity = s.capacity();
cout << "The default capacity " << capacity << endl;
int n = 0;
while (n <= 100)
{
//尾插字符
s += 'a';
if (capacity != s.capacity())
{
capacity = s.capacity();
cout << "The new capacity " << capacity << endl;
}
n++;
}
return 0;
}
至于 Windows 中为何如此复杂？首先是 STL 版本不同，其次string 在实际使用中，都用不了太大的空间，因此 VS 就直接索性给了一个默认大小为 15 的数组，后续有需要再进行扩容
频繁扩容会导致内存碎片问题，VS在这里的处理方法是比较合理的
小技巧： 在使用 string 时，可以先提前计算好需要的空间，然后通过 reserve 直接提前扩好，避免因自动扩容而导致的内存碎片问题
️调整长度
除了可以扩容外，我们还可以改变 size
int main()
{
string s(50, 'W'); //当前的 size 为50
cout << "The default size " << s.size() << endl;
cout << "The default capacity " << s.capacity() << endl;
cout << endl;
s.resize(30); //改变 size 为30
//s.resize(100, 'Z'); //还可以这样写，更改后50块空间为 Z
cout << "The new size " << s.size() << endl;
cout << "The new capacity " << s.capacity() << endl;
return 0;
}
resize() 有两种情况：
- 调整后空间比原空间大，此时相当于扩容
reserve()，不过resize()还有一个初始化的功能，即将参数2设为指定字符，如果没有指定就默认为\0 - 调整后空间比原空间小，此时将
_size调整至目标空间，而 _capapcity 不变，此时我们也无法访问到_size之外的数据
resize() 并不会缩容，因为缩容的代价比较大，需要先开辟新空间，然后拷贝，释放原空间，才能完成缩容，因此 resize() 在处理时，若新空间比原空间小，是不会改变 _capaciy 的
遍历字符相关
字符串当然少不了遍历操作，主要有三种遍历方式：下标、at()、迭代器，因为 下标 和 at() 区别不大，所以可以一起介绍，而 迭代器 是一个很重要的东西，后续容器学习中都会出现它的影子
️下标访问
首先来看看 下标访问，实现原理很简单：运算符重载 operator[]
int main()
{
string s("chatGPT");
size_t pos = 0; //下标
while (pos < s.size())
{
//直接像数组一样通过下标访问字符
cout << "The " << pos + 1 << " char is " << s[pos] << endl;
pos++;
}
return 0;
}
当我们出现越界行为时，下标访问是直接通过 assert 报错的
下面再来看看 at()
cout << "The " << pos + 1 << " char is " << s.at(pos) << endl;
运行结果与 operator[] 一致，其实这两种方法的实现原理都一样，不过处理问题的方法不一样
当出现越界访问，at() 是抛出异常，而非直接断言报错
总的来说，at() 用的比较少，我们一般都是使用 operator[] 来进行下标的随机访问
️迭代器
下面来看看迭代器 iterator 遍历字符串
int main()
{
string s("chatGPT");
//创建迭代器
string::iterator it = s.begin(); //此时的it相当于指向第一个字符的指针
//auto it = s.begin(); //可以利用 auto 自动识别类型
while (it != s.end())
{
cout << *it;
it++;
}
cout << endl;
return 0;
}
注： begin() 获取第一个字符，end() 获取最后一个字符的下一个字符，即 '\0'
除了可以正向遍历外，我们还可以通过反向迭代器 reverse_iterator 进行反向遍历
int main()
{
string s("chatGPT");
//创建反向迭代器
string::reverse_iterator rit = s.rbegin(); //此时的rit相当于指向最后一个字符的指针
//auto it = s.begin();
while (rit != s.rend())
{
cout << *rit;
rit++;
}
cout << endl;
return 0;
}
注： rbegin() 获取最后一个字符，rend() 获取第一个字符的前一个字符
迭代遍历区间都是左闭右开
除了上面两种普通迭代器外，还有两个 const 修饰的迭代器，用来遍历常量字符串
const_iterator正向遍历常量字符串const_reverse_iterator反向遍历常量字符串
注意：
- 迭代器名
const_iterator中的const并非是const操作符，而是与普通迭代器构成重载 - 迭代器不太适合遍历顺序表，适合用来遍历链表
- 所谓的
范围for其实就是在调用迭代器进行遍历
字符修改相关
现在来谈谈字符修改相关接口
️尾插字符/字符串
尾插字符/字符串有三种方式：
push_back()尾插字符append()尾插字符/字符串operator+=尾插字符/字符串
先来看看 push_back()
int main()
{
string s = "Hello ";
//尾插字符
s.push_back('X');
cout << s << endl;
return 0;
}
push_back() 就像是顺序表的尾插，一次只能插入一个字符
再来看看 append()
int main()
{
string s = "Hello ";
//尾插字符
s.append(3, 'X'); //需要指定待插入的字符数
s.append(" YYY"); //或者直接插入字符，都是可以的
cout << s << endl;
return 0;
}
append() 还有很多其他用法，感兴趣的可以去查看官方文档
最后再来看看 operator+= ，这个是使用频率最高的，因为比较方便
int main()
{
string s = "Hello ";
//尾插字符
s += 'C'; //直接和字符拼接
s += "SDN"; //和字符串拼接也是可以的
cout << s << endl;
return 0;
}
在日常使用中，对于字符串尾插这件事，我们通常都是使用 operator+=
️任意位置插入字符/字符串
string 支持在任意位置插入字符/字符串
int main()
{
string s("cccccc");
cout << "Begin insert:" << s << endl;
s.insert(2, 1, 'A'); //在第 n 个位置插入 m 个字符 c
s.insert(4, "BBB"); //在第 n 个位置插入字符串
cout << "After insert:" << s << endl;
return 0;
}
insert() 的用法同样还有很多，可以自行查看官方文档
️删除字符/字符串
有任意位置插入，当然就有任意位置删除 erase()
int main()
{
string s("ABCDEFG");
cout << "Begin erase:" << s << endl;
//任意位置删除
s.erase(3, 1); //从pos3开始，删除第1个字符
cout << "After erase 1 char:" << s << endl;
s.erase(2, 4); //从pos2开始，删除4个字符
cout << "After erase 4 char:" << s << endl;
s.erase(); //默认全删
cout << "After erase all:" << s << endl;
return 0;
}
注意： erase() 是一个全缺省参数，参数1为 0 ，表示默认从 pos0 开始，参数2为 npos，这是无符号整型中的 -1 ，为无符号整型最大值，意思就是如果不写参数2，默认就全删完了
来看看 npos
它的值是 4294967295，没有字符串长达 42亿 多，因此可以用来当作默认长度值
️查找字符/字符串位置
string 类中提供了查找字符/字符串的函数 find()
int main()
{
string s("My name is KiKi");
//查找，返回的是目标字符/字符串第一次出现的下标
cout << "Find 1 char pos: " << s.find('n') << endl; //找字符，默认从pos0开始
cout << "Find str pos: " << s.find("KiKi", 5) << endl; //找字符串，从pos5开始
cout << "Find not exist str pos: " << s.find("KaKa", 10) << endl; //假设没找到
return 0;
}
可以看到，当目标不存在时，返回的就是 npos
find() 还有几种形式：
rfind()从后往前找find_first_of(str, pos = 0)从pos位置往后，找str中出现的任意字符find_last_of(str, pos = npos)从npos位置往前，找str中出现的任意字符find_first_not_of()反向查找find_last_not_of()反向查找
string 类的接口雀氏很多
️截取字符串
我们可以截取字符串中的目标字符串 substr()
int main()
{
string s("I am an iKun, love sing、jump、rap and basketball");
//利用 find 和 substr 切割出 iKun
cout << "The target is " << s.substr(s.find('i'), 4) << endl;
return 0;
}
食不食油饼~
其实 substr() 通常用来截取网址中的域名
非成员函数
string类中还有很多定义在类外的非成员函数
️流操作
我们可以直接对 string 对象使用流插入 operator<< 和流提取 operator>>
int main()
{
string s;
cin >> s;
cout << s;
return 0;
}
️获取字符串
单纯的流插入是无法满足字符串插入需要的，因为字符串中往往都会包含 ' '，而 cin 会认为这是结束标志，进而不再读取字符，因此有专门的函数获取字符串 getline()
#include
注意： 需要包含头文件 string
️比较函数
string 类中存在一系列的大小比较函数（18个），光是判断相等就有3个，其实没必要设计这么多函数，这可能也是 string 饱受别人吐槽的原因之一，大佬陈浩也写过相关文章吐槽
原文出处：《STL中的string类怎么啦？》
相关试题
简单学完 string 类后，还是有很多试题值得我们去练习的，感兴趣的同学可以点击下面的链接直达题目仓库
string值得练习的题目
总结
以上就是本次关于 STL 之 string 的全部讲解了，string 类接口众多，但常用的也就那二三十个，其中大多数函数都有多个版本，如果还想了解更多关于 string 类细节的，可以阅读官方文档
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