[C++笔记]初步了解STL,string,迭代器
STL简介
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，而且是一个包含数据结构与算法的软件框架。
是一套功能强大的 C++ 模板类，提供了通用的模板类和函数，这些模板类和函数可以实现多种流行和常用的算法和数据结构，如向量、链表、队列、栈。
STL以HP版为始祖，衍生出很多版本，其中P.J.版本被被Windows Visual C++采用，RW版本被C+ + Builder 采用，SGI版本被GCC(Linux)采用。
从可读性角度考量，后续参考STL源代码会以SGI版本为主。
STL的六大组件
![[C++笔记]初步了解STL,string,迭代器_第1张图片](http://img.e-com-net.com/image/info8/8da4c840fa4948e38d62d4173c872428.jpg)
算法包含各种常见算法的函数
容器是数据结构
迭代器用于访问容器
空间配置器是内存池
STL的缺陷
- STL库的更新太慢了。上一版靠谱的是C++98，中间的C++03基本都是些修订。C++11出来已经过了十几年，STL才进一步更新。
- STL至今不支持线程安全。并发环境下需要开发者自己加锁，且锁的粒度较大。
- STL极度追求效率，导致内部比较复杂。如类型萃取、迭代器萃取。
- 使用STL会有代码膨胀的问题，如vector/vector/vector这样使用会生成多份代码，这是模板语法本身导致的。
容器-string类
string类的说明文档
- 字符串是表示字符序列的类(底层是字符数组)。
- 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类使用char作为Q其字符类型，具有默认的char_traits和分配器类型（关于模板的更多信息，参见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，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，须包含头文件string并使用命名空间std：
#includestring类的常用构造函数
| (构造)函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| string() （重点） | 构造空的string类对象，即空字符串 |
| string(const char* s) （重点） | 用C-string来构造string类对象 |
| string(const string&s) （重点） | 拷贝构造函数 |
| string(size_t n, char c) | string类对象中包含n个字符c |
例:
#include 运行结果：
![[C++笔记]初步了解STL,string,迭代器_第2张图片](http://img.e-com-net.com/image/info8/2b12a3d8f8a94480923204e17f59d6b6.png)
构造string对象
string();//default (1) *重点*
string (const string& str);//copy (2) *重点*
string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);//substring (3)
string (const char* s);//from c-string (4) *重点*
string (const char* s, size_t n);//from sequence (5)
string (size_t n, char c);//fill (6)
template <class InputIterator> string (InputIterator first, InputIterator last);//range (7)
构造一个string对象，根据使用的构造函数版本初始化其值：
(1) [重点]空字符串构造函数（默认构造函数）
构建一个空字符串，其长度为0个字符。
(2) [重点]拷贝构造函数
构造一个str的副本。
(3) 子串构造函数
复制str中从pos位置开始，跨越leng个字符的部分（如果str太短或者len等于string::npos，则复制到str的末端）。
static const size_t npos = -1;//无符号整型给-1，等效于无符号整型的最大值
(4) [重点]来自c字符串
复制s所指向的以\0作为结尾的字符串(C字符串)，即用C字符串构造string类对象。
(5) 来自buffer(缓冲区?)
从s指向的字符数组中复制前n个字符。
(6) fill构造函数
通过连续拷贝n个字符c来填充字符串。
(7) range构造函数(迭代器区间构造)
复制 [first,last) 区间中的字符序列，字符顺序不变。
以上所有构造函数都支持一个成员类型为allocator_type的对象作为最后的额外可选参数，这对于字符串来说是不相关的（上面没有显示，完整的签名见basic_string的构造函数）。
拷贝和赋值string对象(深拷贝)
string& operator= (const string& str);//string (1)
string& operator= (const char* s);//c-string (2)
string& operator= (char c);//character (3)
string对象赋值：
为字符串分配一个新值，替换其当前内容。
(1)是赋值，(2)与(3)是用来提供冗余的重载。
析构string对象
出作用域会自动调用析构函数释放对象的资源。不会抛出异常。
string类对象的容量操作
| 函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| size(重点) | 返回字符串的有效长度 |
| length | 返回字符串的有效长度 |
| capacity | 返回类所分配的空间的大小 |
| empty(重点) | 检查字符串是否为空串，为空则返回true，否则返回false |
| clear(重点) | 清空有效字符 |
| reserve(重点) | 为字符串预留空间 |
| resize(重点) | 将字符串的有效字符数改为指定的大小，多出的空间用特定字符填充 |
- size()与length()方法的底层实现原理完全相同，一般用的都是size()。string在STL出现前就已存在于标准库，最初就是用length返回有效长度，故而保留length。引入size()是为了与STL中其他容器的接口保持一致。
size_t size() const;
size_t length() const;
- clear()只是将string中有效字符清空，不改变所占用空间的大小。
需注意empty()的函数名并不是动词"清空"，而是"为空"状态，“清空”是clear的功能。
void clear();//清空有效字符
bool empty() const;//检查是否为空字符串
- reserve()：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。
void reserve (size_t n = 0);//n为要预留的字符个数，默认为0
- 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。
使用resize的时候如果传的尺寸比字符串实际尺寸小，会删除数据，保留前n个元素。
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。
void resize (size_t n);//用0填充
void resize (size_t n, char c);//用指定字符填充
string类对象的修改操作
| 函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| push_back; | 在字符串后尾插指定的字符，字符串长度增加1 |
| append | 在字符串后追加一个字符串 |
| operator+= (重点) | 在字符串后追加单个字符或字符串 |
| c_str (重点) | 返回C格式字符串 |
| 【find + npos】 (重点) | 从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置 |
| rfind | 从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置 |
| substr | 在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回 |
- 在string尾部追加字符时，s.push_back© / 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，若能够大概预估到放多少字符，可以先用reserve预留空间。
- find配合substr便可以从字符串中提取指定内容。
vs和g++下string的结构
如未指出，默认32位平台。
vs下string的结构
string共占28个字节，内部结构略复杂：
- 一个联合体，用来定义string中字符串的存储空间：
-字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放。
-字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间以存放内容。
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;
这样做是因为大多数情况下字符串的长度都小于16，则string对象创建好之后，内部已有16个字符数组的固定空间，不需要专门从堆申请空间创建，效率较高。
-
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。
-
一个指针做其他事情。
故vs下string类占16+4+4+4=28字节。
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。
模拟实现string
string.h
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include test.cpp
#include"string.h"
int main() {
try {
my_string::test_string8();
}
catch (const exception& e) {
cout << e.what() << endl;//显示异常
}
return 0;
}
迭代器初步了解（遍历string容器）
迭代器用于遍历对象集合的元素。这些集合可能是容器，也可能是容器的子集。
#include - 这里begin可以看作指向string第一个字符的指针(vs下不是指针，linux下是)。
- end可以看作指向string最后一个元素的下一个位置的指针(不指向最后一个元素)。
- 迭代器的begin与end构成的区间为[begin，end)，左闭右开。
- iterator实际上是在string类中通过typedef出的类型，而不是内部类。
- 范围for实际上是靠编译器将其替换为迭代器的方式来实现的。
- 反向迭代器的rbegin指向的是\0的前一位(即末元素)，rend指向首元素的前一位，构成的区间为(rend,rbegin]，左开右闭。
- 由于是反向迭代器，rit++是从rbegin向rend的，所以++向左，–向右。
运行结果：
补充：const迭代器
std::string::begin
iterator begin();
const_iterator begin() const;
- 对于const对象，应使用const_iterator，而不是iterator。
- const迭代器只能遍历与读取容器的数据 ，而普通迭代器还能写。
- const迭代器也有对应的反向const迭代器const_reverse_iterator。
- 故迭代器共四种 ，普通迭代器与const迭代器，以及二者各自对应的反向迭代器。