【C++】string介绍

前言

这篇博客讲的是STL中的string，作为一名C++程序猿，搞懂STL可是非常重要的。这篇博客就是介绍一些string类中比较常用的函数。但重要的不是这，因为记住所有的函数接口是不可能的，而且重要的函数接口就几个。重要的是让大家培养出查文档的习惯。

string类中成员变量大概长这样，其实就是一个专门放字符串的顺序表，不过是库里面给你提供了一个现成的，不需要你自己去实现：

这里的size和可不是sizeof()中的那个理解了。size就是有效字符的个数。这里是hello这五个。
上面的图留个印象，可以帮助了解string类。

为什么学习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，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。不是很方便。

C++中有string类来提供各种各样的函数接口，大大提高了办事效率。

学了数据结构的同学，简单理解string类的话，其实就相当于是存放数据类型为char的顺序表。

函数接口有很多，我这里给出相应的网站供大家参考：STL中string参考文档，里面是英文的，读起来比较费劲的话我也没什么办法。

简单说几点，看不懂没关系，刚接触肯定不能完全理解的，我刚学的时候也不懂。

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（容器就相当于是数据结构）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)。

typedef basic_string<char, char_traits, allocator> 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。

关于编码的东西，我直接给出大家一篇文章：刨根问底之——什么是编码？
感兴趣的可以自己看看，不过重点不在这。
要记住一点就是不同的编码中，一个字符可能占用不同的字节数。
比如utf-8一个汉字占用3个字节，utf-16一个汉字占用2个字节，utf-32一个汉字占用4个字节。

6. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

string类的常用接口说明

只讲常用的接口，如果想要自己拓展，可以查看文档，

string类对象的常见构造

先看一下提供了几个构造：

总共七个构造，很多，但常用的就两三个。上面图中标上序号为1，2，4的记住就行。剩下的我待会给出用法，不需要记，等到写程序的时候需要某种功能的时候，去这里面查查就行。

上例子：

标号为1，2，4的。

1 string();
2 string (const string& str);
4 string (const char* s);

上面cout能直接打印string类对象，是因为库中也有重载的>>函数。

标号为3的。

string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);

这个函数功能是从string类对象str中的pos位置开始，往后len个长的字符作为某个string对象的初始值。

当len超过了能够初始化的有效字符长度或者没有给len值的时候会直接将pos后面全部作为初始化的内容。

len过大：

未给len（len为缺省参数npos的时候）：

npos的值为-1：

上面第一句话就说了npos是string类中的一个静态成员常量。固定为-1。

当len以无符号整型size_t接收-1的时候，-1以补码的形式给了len，len会接收到一个非常大的数，有42亿多，就是二进制全1的情况（如果不懂去了解一下整数的存储规则），其实也就相当于是len过大的情况。因为基本不可能出现一个42亿字节大小的字符串，也就是4G左右的大小。

标号为5的

string (const char* s, size_t n);

这个函数是将常量字符串s中前n个字符作为对象初始化的值。
可以这样用：

也可这样用：

这里的c_str后面会讲，这里先不说。

标号为6的

string (size_t n, char c);

这个函数将类对象的初始化字符串设置为n个字符c。

最后一个先不说，用到迭代器了，等会讲迭代器的时候再说。

析构函数

这个没啥讲的，自动调用的东西。

赋值运算符重载

库里提供了三个，1，2重要，但挨个说一下。

第一个和第二个放一块：

string& operator= (const string& str);

string& operator= (const char* s);

上例子：

第三个：

string& operator= (char c);

再说个这个：

上面的几个初始化，都是调用的构造函数，只有最后一个赋值才是赋值运算符重载，初始化时不管用没用=，都不是调用赋值运算符重载。编译器做了优化。
这个在我前面类和对象中的博客也讲了，不懂的可以看看：类和对象下，看explicit关键字那里就行
最下面那个才是赋值运算符重载。中间蓝色框框住的是调用对应函数时，反汇编中函数的地址，右边绿色的是调用的函数。

[ ] 重载

这个[ ]的重载，对于字符串来说非常有用，可以向数组一样来访问字符串中的任意位置字符。

例子：

访问任意位置：

遍历字符串

可以看到，库里面给了两个，还有一个const修饰的。
意思就是假如用string创建出的const的对象，这个对象是不能被修改的，此时再使用[ ]重载就会调用const修饰的[ ]重载。
来例子：

此时就只能用来访问了，也就是只读的。

[ ]会自动检查越界的情况。

还有一个能随机访问的。

看下例子：

不过用起来没有[ ]那么方便，这个也是提供了有const修饰的函数的。
这个at和[ ]的区别就是，用at越界了之后是抛异常，[ ]是程序直接崩溃。

可以看到上面那张图中，for循环中我用到了s1.size()这个函数，讲讲这个。

size和length

库里提供了这两个。
二者表示的是一个意思，只不过当初STL还没出的时候string已经出了，没出STL的时候用的是length表示string中有效字符的个数，后来除了STL之后，为了跟STL中其他的容器看齐才加的size，因为别的容器中都用的是size来表示元素个数，所以后来也给string中加上了这个size，用来表示有效字符个数。

那么上面的那个例子就好理解了。s1.size()就相当于是字符串的长度。

这里再把lenth给出：

一模一样。

迭代器

这个就要重点说了。

先看长啥样：

其中stirng::iterator就是迭代器，s1.begin()就是迭代时的初始位置，s1.end()就是迭代的末尾位置，就相当于是首元素的地址和末尾有效元素的地址。

这个用法是死的，毕竟语法就是这样，没法改，只能记住。

迭代器用起来就像是指针，但是有的容器中iterator用的是指针，有的就不是。
string和vector(顺序表)中的迭代器其实就是指针实现的。
其他的就不是指针了。

但是在string和vector中不习惯用iterator，因为可以直接用[ ]来访问元素，用iterator反而麻烦了。

list/map/set…只能用iterator来访问，用法也是类似的。

这里给出list(链表)中使用iterator的例子：

注意循环里面的 it++，我刚学的时候老是忘记。
可以看到，我们用C语言写的链表可没有这样的功能，只能是next来找下一个节点。所以说C++学STL是很有必要的，会方便很多。

上面的是正向的迭代器，还有反向的迭代器。
叫做reverse_iterator，对应的头和尾也要改成rbegin和rend。

不仅有正反向还有const修饰的对象。

像上面的一样，也是const对象就调用的是const修饰的begin和end。
把例子给出：
正向+const

反向+const

如果觉得写迭代器比较麻烦的话，可以用auto来替代它，auto可以自动识别类型，这个在我的第一篇C++博客当中也是说了的，感兴趣的可以看看直接看最后的auto就行 。
还是给例子：

这时候不管有多长的类型，都可以直接用auto来替换，写起来就比较方便了。

提到auto了就说一下范围for。
给例子：

看起来很，其实范围for底层就是用迭代器来实现的。

迫于vs2019下反汇编看起来二者相似度不大，但我又我没法展示出来更为相似的地方，但反汇编还是有些地方是相似的。


用vs2013可能更好观察一点。

迭代器就说到这。

下面把前面的构造函数的最后一个演示一下：

template <class InputIterator>
  string  (InputIterator first, InputIterator last);

上面的InputIterator first和InputIterator last这两个，其实传的就是迭代器。

参数中 s1.begin() 和 s1.end() 可加可减。

字符串追加

有三种用法。
第一种是push_back接口。
第二种是append接口。
第三种是+=接口。

挨个演示

push_back

加单个字符

append

展示几个，其实和构造函数里的一模一样那几种情况一模一样。

string& append (const string& str);

string& append (const string& str, size_t subpos, size_t sublen);

这个和构造函数里面的那个很相似。
正常情况：

sublen太大：

不给sublen：

string& append (const char* s)

演示下迭代器，剩下的两个就不说了，跟构造函数里的用法一样。

然后就是+=了

这个用起来会比前两个方便很多。

演示一下：

所以前两个方法只是为了演示一下，不建议用，真要用的话用+=就行，很方便。

关于容量的函数

前言部分，给了这张图：

capacity函数可以返回string对象的容量

预开空间reserve：

这个函数会将_capacity开到n（或者更大）。不会初始化string对象中的内容。
最后开的_capacity的大小在不同的系统下是不一样的，vs下是这，g++下就不是这个了，会直接开为100。

里面啥也没放：

预开空间并初始化resize：

这个函数会将_capacity开到n，并且会将size的大小改为n，然后将前n个初始化为c，如果没给c，则初始化为0。

看以看到size变为了100，capacity变为了111。

string的扩容机制在vs2019下有点怪：
我用下面的代码进行string类对象的扩容观察：

string s1;
	cout << "init size::" << s1.size() << endl;
	int capacity = s1.capacity();
	cout << "init capacity::" << s1.capacity() << endl;
	int count = 1000;
	while (count)
	{
		s1 += 'h';
		if (capacity != s1.capacity())
		{
			cout << "capacity changed ::" << s1.capacity() << endl;
			capacity = s1.capacity();
		}
		count--;
	}

在vs2019下：

可以看到大概是1.5倍的扩。
而且如果用reserve的话，也不是给定的capacity值。

但是g++下就不一样了：
同样的代码放到g++下：

运行：

得到的结果就是100，不是vs2019下的111。

再看一下扩容的情况：

这里能看到，g++下是2倍的扩的。

就是给大家演示一下，不同编译器下的结果可能是不一样的。

再演示一下resize缩小size的情况：

上面resize(5)，会将hello world!!!中的 world!!!全部劈掉，只剩下hello。

insert和erase

先看inseret：

其实参数和上面的构造等非常相似，都跑不开string对象，常量字符串，单个字符。

string& insert (size_t pos, const string& str);
//插string对象

string& insert (size_t pos, const string& str, size_t subpos, size_t sublen);
//插string对象的sobpos位置处的后sublen个字符

string& insert (size_t pos, const char* s);
//插常量字符串

string& insert (size_t pos, const char* s, size_t n);
//插常量字符串的前n个字符

string& insert (size_t pos, size_t n, char c);
//插n个字符c

上面的都是从pos位置插入，只不过是前插。
放一块演示一下：

剩下的就不说了。

然后是erase

就说第一个。
从pos位置开始，删除npos个字符。

默认情况下全删

给上参数：

insert和erase不建议多用，因为二者都可能存在挪动数据的情况，效率比较低。

find

上面都是找字符（串），找到了返回下标，找不到返回npos。

//从pos位置开始找str
size_t find (const string& str, size_t pos = 0) const

//从pos位置开始找s
size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const;

//从pos位置开始找s的前n个字符，很鸡肋，不如第二个
size_t find (const char* s, size_t pos, size_t n) const;

//从pos位置开始找字符c
size_t find (char c, size_t pos = 0) const;

这里注意，找的永远是从pos位置往后的第一个c。

给道例题：将下面字符串中空格替换为字符串:::

hello world I am xxx

也就是换成:

hello:::world:::I:::am:::xxx

第一种方法：结合前面的insert和erase

具体的就不讲了，注意画图理解。

第二种方法：空间换时间

还有一个函数replace，听名字就是替换。

replace

string& replace (size_t pos,  size_t len,  const string& str);

将string对象的pos位置往后的len个字符替换为str。

给几个例子：
0位置往后的2个字符换为tmp

0位置往后的3个字符换为tmp

0位置往后的1个字符换为tmp

0位置往后的2个字符换为tmp

然后也能用这个来搞前面那道例题了：

然后replace的就不讲了，感兴趣的自己可以查文档。

但是如果想要找到最后一个单词呢？
可以用rfind。

c_str

这个比较有用，就是将string类对象中的字符串以常量字符串的形式返回。也就是将C++中的类对象转换为C中的常量字符串。

其实二者没什么区别。区别都是C++和C的语法使用上的。

但是有一个场景要注意：
C++中打印字符串是以字符串本身的size来决定打印多少的。
而C中的打印是以’\0’为结束标志的。

就记住这个就行。

rfind

这个就是倒过来找的意思。reverse find。

然后就可以做上面的那道题了：

还是不细讲，用的时候查文档就行。

find_first_of

这个函数名字起得不好，应该叫find_any_of，这个函数用法是找到字符串里任意一个字符第一次出现的位置。

例子：

这里的2就是hello中的第一个 l 的下标。


这里的用法是从第五个位置开始找，找到oI中的任意一个。

find_first_not_of

找到对象中第一个没有出现字符串中字符的位置。

不细讲。

find_last_of

找到最后出现的。

其实就是倒着找。

substr

这个函数是帮忙取出子串的。

直接给例子：

取出下标为3位置处的后4个字符

再来个例子：将网址的协议、域名、后面的分开打印出来。

网址都是死格式：

protocal://hostname:portname/pathname/?search#hash
就先找://，搞成字串
再找/，搞成字串
后面的再搞成字串就OK了

我就以我现在所编写的网址为例：

getline

还有一个比较重要的东西，就是getline，相当于C语言中的fgets。
就是获取一行字符串。

有的同学可能会说为啥不直接用cin呢？
看：

cin和scanf一样，遇到空格或者回车就会当成是字符串就结束了。

而getline和fgets(gets)就是C++和C中能够读取包含空格字符串的两个函数。

所以这里用getline就好了。

to_string

这个也比较好用。

将数字转成字符串。

这些所有参数的类型都能转换成string类型。

C语言中的atoi没有这个好用。

还有字符串转数字的。

总结

剩下的没什么好讲的了，其实最常用的就是[] += 迭代器 size这几个常用点，剩下的留个印象就行，没必要全记住，其他的想用的时候忘了查文档就行。

到此结束。。。