【C++】string类详解
文章目录
- string类
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- 1.标准库中的string类
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- ⭐1.1 string构造函数
- ⭐1.2 string容量操作
- ⭐1.3 string类对象的访问遍历操作
- ⭐1.4 string类对象的修改操作
- ⭐1.5 string类对象的常用功能
- ⭐1.6 string类非成员函数
- 2.string经典OJ题
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- ⭐2.1 字符串相加
- ⭐2.2 替换空格
- ⭐2.3 字符串转换为整数
- ⭐2.4 字符串相乘
- 3.string类模拟实现
string类
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
并且OJ中的字符串也基本以string类出现，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
1.标准库中的string类
这里给大家推荐一个查库函数的网站，我们学习C++一般以这个作为参照：
string类详解
- 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(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。
- 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)。
- 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 - 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
⭐1.1 string构造函数
常用接口如下：
| constructor函数名称 | 功能说明 | 函数原型 |
|---|---|---|
| string() | 构造空的string类对象，即空字符串 | string(); |
| string(const char * s) | 用C-string来构造string类对象 | string (const char* s, size_t n); |
| string(size_t n, char c) | string类对象中包含n个字符c | string (size_t n, char c); |
| string(const string&s) | 拷贝构造函数 | string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos); |
int main()
{
string s1;
string s2("hello wold");
//隐式类型转换
string s3 = "hello world";
//从s3的第六个字符开始取三个字符
string s4(s3, 6, 3);
cout << s4 << endl;
//超过了范围就取到末尾
string s5(s3, 6, 12);
cout << s5 << endl;
//如果不给第三个参数呢？ 官方文档给了一个缺省值 -- npos -- 42亿多
//一个字符串不可能有那么长，所有默认取到结尾
string s6(s3, 6);
cout << s6 << endl;
string s7("hello world", 6);
cout << s7 << endl;
string s8(10, 'x');
cout << s8 << endl;
//size_t是一种无符号整数类型就是unsigned int
for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
{
s2[i]++;
}
cout << s2 << endl;
for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
{
cout << s2[i] << " ";
}
//析构函数了解即可
return 0;
}
对于拷贝构造函数，如果我们没有给第三个参数，会默认是缺省值npos，我们从官方文档可见，它是一个极大的数，我们所能用到的字符串长度不可能有这么大的，所以不给值的就默认是这个缺省值——即取到字符串末尾
对于析构函数自行看一下官方文档即可.
⭐1.2 string容量操作
常用接口如下：
| 函数名称 | 功能说明 | 函数原型 |
|---|---|---|
| size | 返回字符串有效字符长度 | size_t size() const; |
| length | 返回字符串有效字符长度 | size_t length() const; |
| capacity | 返回空间总大小 | size_t capacity() const; |
| empty | 检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false | bool empty() const; |
| clear | 清空有效字符 | void clear(); |
| reserve | 为字符串预留空间 | void reserve (size_t n = 0); |
| resize | 将有效字符的个数改成n个，多出的空间给出的字符c填充 | void resize (size_t n);void resize (size_t n, char c); |
string的容量
int main()
{
string s1("hello world");
//字符串有效数据位数
//size方法跟length是没有区别的
//size是为了跟stl保持一致后面再加入的，建议用size
cout << s1.size() << endl;//11
cout << s1.length() << endl;//11
//字符串容量
cout << s1.capacity() << endl;//15
//字符串所能达到的最大长度
cout << s1.max_size() << endl;//字符串的最大长度，不同编译器的值可能不同
return 0;
}
string的扩容
我们可以用push_back方法向string对象里面插入一个字符
//string扩容
int main()
{
//观察扩容的情况,不同对象可能不同
//对于库里面的string第一次是2倍扩容，其余次数是1.5倍扩容
string s("hello world");
size_t sz = s.capacity();
cout << "capacity: " << sz << '\n';
cout << "making s grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
s.push_back('c');
if (sz != s.capacity())
{
sz = s.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
return 0;
}
实际上，string类的简单成员如下：、
class string
{
private:
char* _ptr;
char _buf[16];
size_t _size;
size_t _capacity;
};
当我们调试观察string内部成员,capacity超过16的话就不会存在buf数组里面了，而是存在于ptr申请的堆空间上了，如果没超过16那么就会存在buf数组上
但是我们知道，凡是关于扩容，我们的系统就会加大开销，所以无论我们是在做oj题还是在工作中，都尽量的事先扩好需要的容量，会大大的减小开销，以下是两个常用string扩容函数
reserve && resize
int main()
{
string s1("hello world");
//扩容但不初始化 111
s1.reserve(100);
cout << s1.size() << endl;//11
cout << s1.capacity() << endl;//111
string s2("hello world");
//扩容初始化,未给第二个参数的话初始化成缺省值0
s2.resize(100);
cout << s2.size() << endl;//100
cout << s2.capacity() << endl;//111
//扩容初始化，将一百个位置全部初始化为x
//但是字符串的100个位置全有值，所以字符串无变化
s2.resize(100, 'x');
cout << s2.size() << endl;
cout << s2.capacity() << endl;
//如果比size小，还可以删除数据，保留前五个数据不变,但容量不会缩容
s2.resize(5);
cout << s2.size() << endl;//5
cout << s2.capacity() << endl;//111
return 0;
}
resize初始化不会动原始数据的值，空间不足则开辟的空间，那段开辟的空间里面才会存放初始化的值
无论是reserve还是resize均不会缩容(即变小_capacity的值)，因为底层的OS并不允许这么做，并且这么做会造成其它的一些问题
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
⭐1.3 string类对象的访问遍历操作
常用接口如下：
| 函数名称 | 功能说明 | 函数原型 |
|---|---|---|
| operator[] | 返回pos位置的字符，const string类对象调用 | char& operator[] (size_t pos); const char& operator[] (size_t pos) const; |
| at | 返回pos位置的字符，const string类对象调用 | char& at (size_t pos);const char& at (size_t pos) const; |
| begin，end | begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器 | iterator begin();const_iterator begin() const;iterator end();const_iterator end() const; |
| rbegin，rend | begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器 | reverse_iterator rbegin();const_reverse_iterator rbegin() const;reverse_iterator rend();const_reverse_iterator rend() const; |
| 范围for | C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式 | null |
operator[] && at()
//string访问操作
int main()
{
string s("hello world");
cout << s[0] << endl;
cout << s.at(0) << endl;
//操作符越界：内部是直接assert断言的
s[100];//断言终止
//at方法越界的话是抛异常，可以被捕获到
try
{
s.at(100);
}
catch (const exception& e)
{
cout << e.what() << endl;//打印异常信息
}
return 0;
}
C++有一套异常机制，一些数组越界之类的问题可以靠抛异常来解决，这个我们后面再谈.
begin | end && rbegin | rend
//string遍历操作
void Func(const string& str)
{
//如果继续用正常迭代器编译不通过 - const对象不允许写权限放大
//可以使用const迭代器，遍历和读容器的数据,不能写
//string::const_iterator it = str.begin();
auto it = str.begin();
while (it != str.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
//string::const_reverse_iterator rit = str.rbegin();
auto rit = str.rbegin();
while (rit != str.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
}
//string内迭代器
int main()
{
string s("hello world");
//正向迭代器
//string::iterator it = s.begin();
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
//反向迭代器
//string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
auto rit = s.rbegin();
while (rit != s.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
Func(s);
return 0;
}
对于迭代器这种类型比较复杂，建议用auto自动识别类型，因为const迭代器需要特别区分，所以比较容易出错.我们再用范围for试试遍历string对象(底层也是迭代器)
//范围for
int main()
{
string str("hello world");
for(auto c : str)
{
cout << c << endl;
}
return 0;
}
在string这里使用迭代器明显没有下标访问有用，那为啥还会存在迭代器呢？？我们想想二叉树的遍历还能用下标吗？不能，而迭代器是通用的，并不拘泥于顺序表类型
C++11提供了cbegin，cend以及crbegin，crend来区分const对象，了解即可
⭐1.4 string类对象的修改操作
| 函数名称 | 功能说明 | 函数原型 |
|---|---|---|
| operator+= | 在字符串尾部追加一个字符串或字符 |  |
| append | 在字符串后追加一个字符串 |  |
| push_back | 在字符串后尾插字符c |  |
| assign | 把字符串赋给当前对象 |  |
| insert | 在字符串任意位置插入一个字符串 |  |
| erase | 删除任意位置的任意字符 |  |
| replace | 替换掉字符串任意位置的字符串 |  |
| swap | 交换两个字符串 |  |
| pop_back | 将字符串尾部字符删除 |  |
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
字符串追加
int main(){
string s1("hello");
//追加一个字符
s1.push_back(' *');
cout << s1 << endl;
//追加一个字符串
s1.append("world");
cout << s1 << endl;
s1.clear();
//通用 -- 推荐使用
s1 += "hello ";
s1 += 'w';
s1 += "orld";
cout << s1 << endl;
return 0;
}
字符串插入删除替换
//insert erase replace
int main()
{
//insert：插入数据，不推荐经常使用 - 时间复杂度高,效率低
string s1("world");
//任意位置插入字符串
s1.insert(0, "hello");
cout << s1 << endl;
//插入多个字符
s1.insert(5, 3, 'a');
cout << s1 << endl;
//迭代器大法
s1.insert(s1.begin() + 5, ' ');
cout << s1 << endl;
//迭代器插入区间后面我们再讲
//erase：删除数据，也存在挪动数据,效率低下
string s2("hello world");
//第五个位置开始删除1个字符
s2.erase(5, 1);
cout << s2 << endl;
//传入迭代器,删除该位置字符
s2.erase(s2.begin() + 5);
cout << s2 << endl;
//超过长度的时候，直接删到字符串尾部,因为给了缺省值npos
s2.erase(5, 30);
cout << s2 << endl;
//replace：替换字符，效率也比较低下
string s3("hello world");
s3.replace(5, 2, "%20");
cout << s3 << endl;
//swap
s1.swap(s2);
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
swap(s1, s2);
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
//有什么区别?
//实际上我们直接库里面的swap函数会比用模板类生成的函数高效许多
return 0;
}
⭐1.5 string类对象的常用功能
常用接口如下：
| 函数名称 | 功能说明 | 函数原型 |
|---|---|---|
| c_str | 打印字符串吗，以\0结尾标志结束 |  |
| find | 从字符串pos位置开始往后找字符串，完全匹配则返回第一个字符出现的位置 |  |
| refind | 从字符串pos位置开始往前找字符串，完全匹配则返回最后一个字符出现的位置 |  |
| find_first_of | 从字符串pos位置开始从前往后找，找到输入的字符串中任意一个字符的位置并返回 |  |
| find_last_of | 从字符串pos位置开始从后往前找，找到输入的字符串中任意一个字符的位置并返回 |  |
| substr | 在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回 |  |
void Test1()
{
//c_str：将字符串识别成const char*，以\0为准认定为末尾
string s1("hello world");
//区别：流插入按照size()打印，c_str按照\0终止位置进行打印
s1 += '\0';
s1 += "xxxxx";
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
//我们可以用c_str来将string对象转换为const char*
string filename("Work.cpp");
FILE* fout = fopen(filename.c_str(), "r");
if (fout == nullptr)
{
perror("fopen fail");
exit(-1);
}
cout << "Work.cpp:" << endl;
char ch = fgetc(fout);
while (ch != EOF)
{
cout << ch;
ch = fgetc(fout);
}
fclose(fout);
}
void Test2()
{
string file("string.cpp.tar.zip");
//从后往前找rfind
size_t pos = file.rfind('.');
if (pos != string::npos)
{
//string suffix = file.substr(pos, file.size() - pos);
string suffix = file.substr(pos);
cout << suffix << endl;
}
// 取出url中的域名
string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
cout << url << endl;
size_t start = url.find("://");
if (start == string::npos)
{
cout << "invalid url" << endl;
return 0;
}
start += 3;
size_t finish = url.find('/', start);
string address = url.substr(start, finish - start);
cout << address << endl;
// 删除url的协议前缀
pos = url.find("://");
url.erase(0, pos + 3);
cout << url << endl;
}
void Test3()
{
//find_first_of 顺着找，一旦输入字符串中任意一个字符匹配成功则返回其位置
//find_last_of 倒着找,一旦输入字符串中任意一个字符匹配成功则返回其位置
string str("Please, replace the vowels in this sentence by asterisks.");
size_t found = str.find_first_of("aeiou");
while (found != string::npos)
{
str[found] = '*';
found = str.find_first_of("aeiou", found + 1);
}
cout << str << '\n';
string s1("hello world");
string s2("hello world");
//字符串比较
cout << (s1 == s2) << endl;
cout << (s1 == "hello world") << endl;
cout << ("hello world" == s1) << endl;
}
⭐1.6 string类非成员函数
| 函数名称 | 功能说明 | 函数原型 |
|---|---|---|
| operator+ | 尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低 |  |
| relational operators (string) | 运算符重载大小比较 |  |
| operator>> | 输入运算符重载 |  |
| operator<< | 输出运算符重载 |  |
| getline | 获取一行字符串，以换行为结束符 |  |
int main() {
string s1;
//因为有流插入和流提取运算符重载，所以可以直接打印string
//输入hello world
//cin >> s1;
打印hello
//cout << s1 << endl;
//这是为什么呢？
//这是因为流插入符会识别空格跟换行符作为输入结束的标志
//怎么解决呢？getline可以输入空格，并以\n作为结束标志
string s2;
getline(cin, s2);
cout << s2 << endl;//hello world
return 0;
}
2.string经典OJ题
以下奉上几道string经典OJ题.
⭐2.1 字符串相加
来源：Leetcode：415.字符串相加
题解：
class Solution {
public:
string addStrings(string num1, string num2) {
int i = num1.size() - 1, j = num2.size() - 1, ret = 0;
string str;
//两个整数相加位数最多为大的那个加一位
str.reserve(num1.size() > num2.size() ? num1.size() + 1 : num2.size() + 1);
//ret != 0这个条件是判定是否最后还有进位
while (i >= 0 || j >= 0 || ret != 0){
if (i >= 0) ret += num1[i--] - '0';
if (j >= 0) ret += num2[j--] - '0';
str += (ret % 10 + '0');
ret /= 10;
}
//最后反转即可得到答案
reverse(str.begin(), str.end());
return str;
}
};
⭐2.2 替换空格
来源：Leetcode：JZ05.替换空格
题解：
class Solution {
public:
string replaceSpace(string s) {
string newStr;
size_t num = 0;
for (auto ch : s)
{
if (ch == ' ')
{
num++;
}
}
//提前开空间，避免replace时扩容
newStr.reserve(s.size() + 2 * num);
for (auto ch : s)
{
if (ch != ' ')
{
newStr += ch;
}
else
{
newStr += "%20";
}
}
return newStr;
}
};
⭐2.3 字符串转换为整数
来源：Leetcode：8.字符串转换整数(atoi)
题解：
class Solution {
public:
int myAtoi(string s) {
int n = s.size();
int idx = 0;
while (idx < n && s[idx] == ' ') {
// 去掉前导空格
idx++;
}
if (idx == n) {
//去掉前导空格以后到了末尾了
return 0;
}
bool negative = false;
if (s[idx] == '-') {
//遇到负号
negative = true;
idx++;
} else if (s[idx] == '+') {
// 遇到正号
idx++;
} else if (!isdigit(s[idx])) {
// 其他符号
return 0;
}
int ans = 0;
while (idx < n && isdigit(s[idx])) {
int digit = s[idx] - '0';
if (ans > (INT_MAX - digit) / 10) {
// 本来应该是 ans * 10 + digit > INT_MAX
// 但是 *10 和 + digit 都有可能越界，所有都移动到右边去就可以了。
return negative? INT_MIN : INT_MAX;
}
ans = ans * 10 + digit;
idx++;
}
return negative? -ans : ans;
}
};
⭐2.4 字符串相乘
来源：Leetcode：43.字符串相乘
题解：
class Solution {
public:
string multiply(string num1, string num2) {
if(num1 == "0" || num2 == "0"){return "0";}
int size1 = num1.length(), size2 = num2.length();
vector<int> memo(size1+size2, 0);
string res = "";
res.reserve(size1 + size2);
for(int i = size1-1; i>=0; i--){
int n1 = num1[i]-'0';
for(int j = size2-1; j>=0; j--){
int n2 = num2[j]-'0';
int tempSum = memo[i+j+1]+n1*n2;
memo[i+j+1] = tempSum % 10;
memo[i+j] += tempSum / 10;
}
}
//去除前置0
bool flag = true;
for(int i = 0; i<memo.size(); i++){
if(memo[i] != 0 || flag == false){
flag = false;
res.push_back(memo[i]+'0');
}
}
return res;
}
};
3.string类模拟实现
以下是string类常用接口模拟实现
#pragma once
#include 注意：s1.c_str == s2.c_str比较的是变成const char*类型的字符串地址，就算字符串一样，比较出来的值也是不一样的，还有两个对象在未设置接口的情况无法用==比较