C++string类详解

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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目录

✨标准库中的string类

  string类

  string类常用接口

        string类对象常见构造

        string类对象的容器操作

         string类对象的访问及遍历操作

        string类对象的修改操作

        string类非成员函数

✨深拷贝与浅拷贝

  浅拷贝 

  深拷贝

✨string模拟实现

  成员变量

  构造函数&析构函数

  拷贝构造函数&赋值运算符重载

  对象的容器操作

        size,capacity,empty,clear

        reserve,resize

  对象的修改操作

        insert

        erase

        push_back,append

        operator+=

        find

        substr

        c_str

  访问及遍历操作

        迭代器

        operator[ ]

  比较运算符重载

  operator<<

  operator>>

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✨标准库中的string类

  string类

string类文档介绍

• 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 string;
• 不能操作多字节或者变长字符的序列

  string类常用接口

        string类对象常见构造

函数名称	功能说明
string（）	构造空的string类对象，即空字符串
string（const char* s）	用C-string来构造string类对象
string（size_t n,char c）	string类对象中包含n个字符c
string（const string&s）	拷贝构造函数

        string类对象的容器操作

函数名称	功能说明
size	返回字符串有效字符长度
length	返回字符串有效字符长度
capacity	返回空间总大小
empty	检测字符串释放为空串，空返回true，否则返回false
clear	清空字符串
reserve	为字符串预留空间
resize	将有效字符的个数改为n个，多出的空间用字符c填充

size_t size() const;

size_t length() const;

size_t capacity() const;

 这里容量为15是因为我们底层中设计的string类是提前有预留空间的。当字符串小于规定的长度，使用内部固定的字符数组来存放；当字符串大于等于规定长度，则从对上开辟空间。

bool empty() const;

void clear();

 ​​

void reserve (size_t n = 0);

void resize (size_t n);
void resize (size_t n, char c);

•  当原来空间大于reserve的参数，保留原来空间大小。
• 当resize没有显示传字符c时，默认为/0。

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 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。

         string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[ ]	返回pos位置的字符，const string类对象调用
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
rbegin+rend	rbegin获取最后一个字符的迭代器+rend获取第一个字符前一个位置的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

void Test_string5()
{
	string s("hello world");
	// 3种遍历方式：
	// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以遍历是修改string中的字符，
	// 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多
	// 1. for+operator[]
	for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
	{
		cout << s[i];
	}
	cout << endl;

	// 2.迭代器
	string::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	}
	cout << endl;

	string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit ;
		++rit;
	}
	cout << endl;
	// 3.范围for
	for (auto ch : s)
	{
		cout << ch;
	}
	cout << endl;

}

        string类对象的修改操作

函数名称	功能说明
push_back	在字符串后尾插字符c
append	在字符串后追加一个字符串
operator+=	在字符串后追加字符串str
c_str	返回c格式字符串
find	从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符的位置
rfind	从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符的位置
substr	在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

void push_back (char c);

string& operator+= (const string& str);
string& operator+= (const char* s);
string& operator+= (char c);
//一般情况下用+=，不需要用append

const char* c_str() const;

 

 

 

npos 是string里面的一个静态成员变量

static const size_t npos = -1;

void Test_string7()
{
	string filename("test.cpp.tar.zip");
	// 后缀
	size_t pos = filename.rfind('.');
	if (pos != string::npos)
	{
		//string suff = filename.substr(pos, filename.size() - pos);
		string suff = filename.substr(pos);
		cout << suff << endl;
	}
	pos = filename.find('.');
	if (pos != string::npos)
	{
		string suff = filename.substr(pos, filename.size() - pos);
		cout << suff << endl;
	}
}

        string类非成员函数

函数	功能说明
operator+	返回一个连接后的字符串
operator>>	输入运算符重载
operator<<	输出运算符重载
getline	获取一行字符串
relational operators	比较运算符重载

istream& getline (istream& is, string& str);

标准函数库cin是提取流到分隔符或者\0的位置结束， getline是提取流直到\0（分隔符也提取） 

✨深拷贝与浅拷贝

  浅拷贝 

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来 。如果 对象中管理资源 ，最后就会 导致多个对象共 享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为 还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规 。

s1的_str和s2的_str指向同一块空间，如果说s2是s1的拷贝，在函数结束时，先将s2销毁，s2将_str指向的空间释放掉，再将s1销毁，s1中_str此时已经变成野指针了，销毁s1时出错。

  深拷贝

深拷贝：给每个对象独立分配资源，保证多个对象之间不会因共享资源而造成多次释放造成程序崩溃问题。

通常涉及到内存管理的拷贝构造函数、赋值运算符重载、析构函数必须显示给出。一般情况都是按深拷贝方式提供。

✨string模拟实现

  成员变量

私有成员变量：

	private:
		size_t _size;
		size_t _capacity;
		char* _str;

公有成员变量：

	public:
		//C++特例，const static特性，直接定义初始化
		const static size_t npos = -1;

  构造函数&析构函数

构造函数：

		//构造函数，非自定义类型，不推崇初始化列表,全省默认传"\0"
		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			//多开一个空间放\0
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

析构函数：

		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}

  拷贝构造函数&赋值运算符重载

传统写法：

拷贝构造函数：

		string(const string& s)
			:_capacity(s._capacity)
			, _size(s._size)
			, _str(new char[_capacity + 1])

		{
			strcpy(_str, s._str);
		}

赋值运算符重载：

		string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[] _str;

				_str = tmp;
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}
			return *this;
		}

现代写法：找打工人

拷贝构造函数：

        void swap(string& tmp)
		{
            //调用标准库的swap
			::swap(_str, tmp._str);
			::swap(_capacity, tmp._capacity);
			::swap(_size, tmp._size);
		}

		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			, _capacity(0)
			, _size(0)
		{
            //构造tmp工具人，直接swap交换
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}

赋值运算符重载：

		string& operator=( string s)
		{
            //直接交换，原来this指向的空间还随出栈帧销毁s指向空间（原来this的空间）
			swap(s);
			return *this;
		}

  对象的容器操作

        size,capacity,empty,clear

		size_t size()const
		{
			return _size;
		}
		size_t capacity()const
		{
			return _capacity;
		}

		bool empty()const
		{
			return _size == 0;
		}
		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

        reserve,resize

        //开空间
		void reserve(size_t n)
		{
			//如果需要扩容
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);				
                //复制内容给临时变量,释放原空间内容，指向新空间，更新容量
				delete[] _str;

				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}

		//开空间＋初始化
		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n > _size)
			{
				//插入数据
				reserve(n);

				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = ch;
				}
				_str[n] = '\0';
				_size = n;

			}
			else
			{
				//删除数据
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}

  对象的修改操作

        insert

        指定位置插入

        string& insert(size_t pos,char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			//满了扩容
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			//末尾后一个
			size_t end = _size + 1;
			while (end > pos)
			{
				//前一个数据后移
				_str[end] = _str[end - 1];
				--end;
			}
			_str[pos] = ch;
			_size++;
			return *this;
		}

		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			assert(pos <= _size);
			size_t len = strlen(str);
			//满了扩容
			if (_size +len> _capacity)
			{
				reserve(_size+len);
			}
			//末尾后len个位置
			size_t end = _size + len;
			while (end >= pos+len)
			{
				//数据后移
				_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}
			strncpy(_str+pos,str,len);
			_size += len;
			return *this;
		}

        erase

        void erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
				_size -= len;
			}
		}

        push_back,append

        void push_back(char ch)
		{
			//复用
			insert(_size, ch);
		}

		void append(const char* str)
		{

			//复用
			insert(_size, str);
		}

        operator+=

        string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}

        find

        size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
		{
			assert(pos < _size);
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (ch == _str[i])
					return i;
			}
			return npos;
		}

		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const
		{
			assert(sub);
			assert(pos < _size);
			const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
			if (ptr == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return ptr - _str;
			}

		}

        substr

        //从pos开始截取一段指定长度字符串
		string substr(size_t pos, size_t len = npos) const
		{
			assert(pos < _size);
			//截取字符串的真实长度
			size_t realLen = len;
			if (len == npos || pos + len > npos)
			{
				realLen = _size - pos;
			}


			string sub;
			for (size_t i = 0; i < realLen; i++)
			{
				sub += _str[pos + i];
			}
			return sub;
		}

        c_str

		const char* c_str()const
		{
			return _str;
		}

  访问及遍历操作

        迭代器

        typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
		const_iterator begin()const
		{
			return _str;
		}
		const_iterator end()const
		{
			return _str + _size;
		}

        operator[ ]

		const char& operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

  比较运算符重载

只需要写>,==或者<,==，其他复用即可。

		bool operator>(const string& s) const
		{
			return strcmp(_str, s._str) > 0;
		}

		bool operator==(const string& s) const
		{
			return strcmp(_str, s._str) == 0;
		}

		bool operator>=(const string& s) const
		{
			return (*this > s) || (*this == s);
		}

		bool operator<=(const string& s) const
		{
			return !(*this > s);
		}

		bool operator<(const string& s) const
		{
			return !(*this >= s);
		}

		bool operator!=(const string& s) const
		{
			return !(*this == s);
		}

  operator<<

    //流提取
	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) 
	{
		for (int i = 0; i < s.size(); i++)
		{
			out << s[i];
		}
		return out;
	}

  operator>>

	//流插入
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch;
		ch = in.get();
		//类似缓冲区思路
		const size_t N = 32;
		char buff[N];
		size_t i= 0;
		while (ch != ' ' && ch != '\0')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == N - 1)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
		buff[i] = '\0';
		s += buff;
		return in;
	}

开篇说的预留空间，字符串+=字符数组

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 最后再说一个知识点：写时拷贝。

C++ STL string的Copy-On-Write技术 | 酷 壳 - CoolShell

写时拷贝是在浅拷贝的基础上增加了引用计数的方式实现。

引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。