【C++初阶】C++STL详解（一）—— string类

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C++STL详解（一）—— sring类

1. string的定义方式

string类实现了多个构造函数的重载，常用的构造函数如下：

string();  //构造一个空字符串

string(const char* s);  //复制s所指的字符序列

string(const char* s, size_t n);  //复制s所指字符序列的前n个字符

string(size_t n, char c);  //生成n个c字符的字符串

string(const string& str);  //生成str的复制品

string(const string& str, size_t pos, size_t len = npos);  //复制str中从字符位置pos开始并跨越len个字符的部分

使用示例：

string s1;                     //构造空字符串
string s2("hello string");     //复制"hello string"
string s3("hello string", 3);  //复制"hello string"的前3个字符
string s4(10, 's');            //生成10个's'字符的字符串
string s5(s2);                 //生成s2的复制品
string s6(s2, 0, 4);           //复制s2中从字符位置0开始并跨越4个字符的部分

2. string的插入

1、使用push_back进行尾插–插入单个字符
append–插入字符串

void push_back (char c);

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	s.push_back('C');
	s.push_back('S');
	s.push_back('D');
	s.push_back('N');
	cout << s << endl; //CSDN
	
	s.append("hello");
	cout << s << endl; //CSDNhello
	return 0;
}

2、使用insert插入

string& insert (size_t pos, const string& str);
string& insert (size_t pos, const char* s);
iterator insert (iterator p, char c);

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("C"); //C

	//insert(pos, str)在pos位置插入字符串str
	s.insert(1, "S"); //CS

	//insert(pos, string)在pos位置插入string对象
	string t("D");
	s.insert(2, t); //CSD

	//insert(pos, char)在pos位置插入字符char
	s.insert(s.end(), 'N'); //CSDN
	
	cout << s << endl; //CSDN
	return 0;
}

3.string的拼接

使用append函数完成string的拼接：

string& append (const string& str);
string& append (const char* s);
string& append (size_t n, char c);

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1("I");
	string s2(" like");

	//append(string)完成两个string对象的拼接
	s1.append(s2); //I like

	//append(str)完成string对象和字符串str的拼接
	s1.append(" C++"); //I like C++

	//append(n, char)将n个字符char拼接到string对象后面
	s1.append(3, '!'); //I like C++!!!
	
	cout << s1 << endl; //I like C++!!!
	return 0;
}

4.string的删除

1、使用pop_back进行尾删

void pop_back();

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("C++");
	s.pop_back();
	s.pop_back();
	cout << s << endl; //C
	return 0;
}

2、使用erase删除

string& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos);
iterator erase (iterator p);
iterator erase (iterator first, iterator last);

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("I like C++");

	//erase(pos, n)删除pos位置开始的n个字符
	s.erase(8, 5); //I like C

	//erase(pos)删除pos位置的字符
	s.erase(s.end()-1); //I like

	//erase(pos1, pos2)删除[pos1pos2)上所有字符
	s.erase(s.begin() + 1, s.end()); //I

	cout << s << endl; //I
	return 0;
}

5.string的查找

1、使用find函数正向搜索第一个匹配项

size_t find (const string& str, size_t pos = 0) const;
size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const;
size_t find (char c, size_t pos = 0) const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");

	//find(string)正向搜索与string对象所匹配的第一个位置
	string s2("www");
	size_t pos1 = s1.find(s2);
	cout << pos1 << endl; //7

	//find(str)正向搜索与字符串str所匹配的第一个位置
	char str[] = "cplusplus.com";
	size_t pos2 = s1.find(str);
	cout << pos2 << endl;  //11

	//find(char)正向搜索与字符char所匹配的第一个位置
	size_t pos3 = s1.find(':');
	cout << pos3 << endl; //4
	return 0;
}

2、使用rfind函数反向搜索第一个匹配项

size_t rfind (const string& str, size_t pos = npos) const;
size_t rfind (const char* s, size_t pos = npos) const;
size_t rfind (char c, size_t pos = npos) const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");

	//rfind(string)反向搜索与string对象所匹配的第一个位置
	string s2("string");
	size_t pos1 = s1.rfind(s2);
	cout << pos1 << endl; //42

	//rfind(str)反向搜索与字符串str所匹配的第一个位置
	char str[] = "reference";
	size_t pos2 = s1.rfind(str);
	cout << pos2 << endl;  //25

	//rfind(char)反向搜索与字符char所匹配的第一个位置
	size_t pos3 = s1.rfind('/');
	cout << pos3 << endl; //53
	return 0;
}

3、find_first_of()函数

size_t find_first_of (const string& str, size_t pos = 0) const;
size_t find_first_of (const char* s, size_t pos = 0) const;
size_t find_first_of (const char* s, size_t pos, size_t n) const;
size_t find_first_of (char c, size_t pos = 0) const;

正向查找在原字符串中第一个与指定字符串（或字符）中的某个字符匹配的字符，返回它的位置。若查找失败，则返回npos。（npos定义为保证大于任何有效下标的值。）

#include
using namespace std;
int main()
{
    string str="abcdefab";
    cout<<str.find_first_of('a')<<endl;//第二个参数为0，默认从下标为0开始查找。
    cout<<str.find_first_of("hce")<<endl;//待查串hce第一个出现在原串str中的字符是c，返回str中c的下标2,故结果为2。
    cout<<str.find_first_of("ab",1)<<endl;//从下标为1开始查，待查串ab第一个出现在原串str中的字符是b，返回b的下标，结果为1。
    cout<<str.find_first_of('h')<<endl;//原串没有待查字符h，故查不到，返回npos。
    cout<<str.find_first_of("hw")<<endl;//待查子串任一字符在原串中都找不到，故查不到，返回npos。

    return 0;
}
//有效的下标应该在0~len-1范围内。len=str.size();

4、find_last_of()函数

size_t find_last_not_of (const string& str, size_t pos = npos) const;
size_t find_last_not_of (const char* s, size_t pos = npos) const;
size_t find_last_not_of (const char* s, size_t pos, size_t n) const;
size_t find_last_not_of (char c, size_t pos = npos) const;

逆向查找在原字符串中最后一个与指定字符串（或字符）中的某个字符匹配的字符，返回它的位置。若查找失败，则返回npos。（npos定义为保证大于任何有效下标的值。）

#include
using namespace std;
int main()
{
    string str="abcdefab";
   
    cout<<str.find_last_of("wab")<<endl;//原串最后一个字符首先与待查子串的每一个字符一一比较，一旦有相同的就输出原串该字符的下标.。结果为b的下标7。
    cout<<str.find_last_of("wab",5)<<endl;
    //从原串中下标为5开始逆向查找，首先f与待查子串每一字符比较，若有相同的就输出该字符在原串的下标。
    //若一个都没有，就依次逆向比较，即e再与待查子串一一比较，直到原串的b与待查子串中的b相同，然后输出该b在原串的下标1。
    cout<<str.find_last_of("fab",5)<<endl;//输出f在原串的下标5。
    cout<<str.find_last_of("fab",7)<<endl;//输出b在原串的下标7。
    cout<<str.find_last_of("hwk")<<endl;//原串没有待查子串的任何字符，故返回npos。
    return 0;
}
//有效的下标应该在0~len-1范围内。len=str.size();

6.string的比较

使用compare函数完成比较：

int compare (const string& str) const;
int compare (size_t pos, size_t len, const string& str) const;
int compare (size_t pos, size_t len, const string& str, size_t subpos, size_t sublen) const;

比较规则：
 1、比较字符串中第一个不匹配的字符值较小，或者所有比较字符都匹配，但比较字符串较短，则返回小于0的值。
 2、比较字符串中第一个不匹配的字符值较大，或者所有比较字符都匹配，但比较字符串较长，则返回大于0的值。
 3、比较的两个字符串相等，则返回0。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1("hello world");
	string s2("hello CSDN");

	//"hello world"和"hello CSDN"比较
	cout << s1.compare(s2) << endl; //1

	//"ell"和"hello CSDN"比较
	cout << s1.compare(1, 3, s2) << endl; //-1

	//"hello"和"hello"比较
	cout << s1.compare(0, 4, s2, 0, 4) << endl; //0

	return 0;
}

注意：除了支持string类之间进行比较，compare函数还支持string类和字符串进行比较。

7.string的替换

使用replace函数完成string的替换：

string& replace (size_t pos, size_t len, const char* s);
string& replace (size_t pos, size_t len, size_t n, char c);

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("hello world");

	//replace(pos, len, str)将pos位置开始的len个字符替换为字符串str
	s.replace(6, 4, "CSDN"); //hello CSDNd

	//replace(pos, len, n, char)将pos位置开始的len个字符替换为n个字符char
	s.replace(10, 1, 3, '!'); //hello CSDN!!!

	cout << s << endl;
	return 0;
}

但一般不使用repalce，因为要挪动数据，时间复杂度较高，而是通过空间换时间，比如下面这道题：

8.string的交换

使用swap函数完成两个string类的交换：

void swap (string& x, string& y);
void swap (string& str);

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1("hello");
	string s2("CSDN");
	
	//使用string类的成员函数swap交换s1和s2
	s1.swap(s2);
	cout << s1 << endl; //CSDN
	cout << s2 << endl; //hello

	//使用非成员函数swap交换s1和s2
	swap(s1, s2);
	cout << s1 << endl; //hello
	cout << s2 << endl; //CSDN
	return 0;
}

9.string的大小和容量

1、使用size函数或length函数获取当前有效字符的个数

size_t size() const;
size_t length() const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	cout << s.size() << endl; //4
	cout << s.length() << endl; //4
	return 0;
}

2、使用max_size函数获取string对象对多可包含的字符数

size_t max_size() const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	cout << s.max_size() << endl; //4294967294
	return 0;
}

3、使用capacity函数获取当前对象所分配的存储空间的大小

size_t capacity() const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	cout << s.capacity() << endl; //15
	return 0;
}

4、使用resize改变当前对象的有效字符的个数

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

resize规则：
 1、当n大于对象当前的size时，将size扩大到n，扩大的字符为c，若c未给出，则默认为’\0’。
 2、当n小于对象当前的size时，将size缩小到n。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1("CSDN");
	//resize(n)n大于对象当前的size时，将size扩大到n，扩大的字符默认为'\0'
	s1.resize(20);
	cout << s1 << endl; //CSDN
	cout << s1.size() << endl; //20
	cout << s1.capacity() << endl; //31

	string s2("CSDN");
	//resize(n, char)n大于对象当前的size时，将size扩大到n，扩大的字符为char
	s2.resize(20, 'x');
	cout << s2 << endl; //CSDNxxxxxxxxxxxxxxxx
	cout << s2.size() << endl; //20
	cout << s2.capacity() << endl; //31

	string s3("CSDN");
	//resize(n)n小于对象当前的size时，将size缩小到n
	s3.resize(2);
	cout << s3 << endl; //CS
	cout << s3.size() << endl; //2
	cout << s3.capacity() << endl; //15
	return 0;
}

注意：若给出的n大于对象当前的capacity，则capacity也会根据自己的增长规则进行扩大->进行开空间+初始化

5、使用reserve改变当前对象的容量大小

void reserve (size_t n = 0);

reserve规则：
 1、当n大于对象当前的capacity时，将capacity扩大到n或大于n。
 2、当n小于对象当前的capacity时，什么也不做。
 
 注意：如果使用clear()清理了数据，会缩容，反之不会缩容；但不建议缩容，否则时间换空间(开辟小空间、拷贝、释放之前的大空间)->不值得

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	cout << s << endl; //CSDN
	cout << s.size() << endl; //4
	cout << s.capacity() << endl; //15

	//reverse(n)当n大于对象当前的capacity时，将当前对象的capacity扩大为n或大于n
	s.reserve(20); 
	cout << s << endl; //CDSN
	cout << s.size() << endl; //4
	cout << s.capacity() << endl; //31

	//reverse(n)当n小于对象当前的capacity时，什么也不做
	s.reserve(2);
	cout << s << endl; //CDSN
	cout << s.size() << endl; //4
	cout << s.capacity() << endl; //31
	return 0;
}

注意：此函数对字符串的size没有影响，并且无法更改其内容。只进行开空间->减少消耗，提高效率

6、使用clear删除对象的内容，删除后对象变为空字符串

void clear();

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");

	//clear()删除对象的内容，该对象将变为空字符串
	s.clear();
	cout << s << endl; //空字符串
	return 0;
}

7、使用empty判断对象是否为空

bool empty() const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	cout << s.empty() << endl; //0

	//clear()删除对象的内容，该对象将变为空字符串
	s.clear();
	cout << s.empty() << endl; //1
	return 0;
}

10.string中元素的访问

1、[ ]+下标
 因为string类对[ ]运算符进行了重载，所以我们可以直接使用[ ]+下标访问对象中的元素。并且该重载使用的是引用返回，所以我们可以通过[ ]+下标修改对应位置的元素。

char& operator[] (size_t pos);
const char& operator[] (size_t pos) const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	//[]+下标访问对象元素
	for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
	{
		cout << s[i];
	}
	cout << endl;

	//[]+下标修改对象元素内容
	for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
	{
		s[i] = 'x';
	}
	cout << s << endl; //xxxx
	return 0;
}

2、使用at访问对象中的元素
 因为at函数也是使用的引用返回，所以我们也可以通过at函数修改对应位置的元素。

char& at (size_t pos);
const char& at (size_t pos) const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
	{
		//at(pos)访问pos位置的元素
		cout << s.at(i);
	}
	cout << endl;

	for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
	{
		//at(pos)访问pos位置的元素，并对其进行修改
		s.at(i) = 'x';
	}
	cout << s << endl; //xxxx
	return 0;
}

3、使用范围for访问对象中的元素
 需要特别注意的是：若是需要通过范围for修改对象的元素，则用于接收元素的变量e的类型必须是引用类型，否则e只是对象元素的拷贝，对e的修改不会影响到对象的元素。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	//使用范围for访问对象元素
	for (auto e : s)
	{
		cout << e;
	}
	cout << endl; //CSDN

	//使用范围for访问对象元素，并对其进行修改
	for (auto& e : s) //需要修改对象的元素，e必须是引用类型
	{
		e = 'x';
	}
	cout << s << endl; //xxxx
	return 0;
}

其实，范围for的底层就是迭代器

4、使用迭代器访问对象中的元素

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("CSDN");
	
	//使用迭代器访问对象元素
	string::iterator it1 = s.begin();
	while (it1 != s.end())
	{
		cout << *it1;
		it1++;
	}
	cout << endl; //CSDN

	//使用迭代器访问对象元素，并对其进行修改
	string::iterator it2 = s.begin();
	while (it2 != s.end())
	{
		*it2 += 1;
		it2++;
	}
	cout << s << endl; //DTEO
	return 0;
}

11.string中运算符的使用

1、operator=
 string类中对=运算符进行了重载，重载后的=运算符支持string类的赋值、字符串的赋值以及字符的赋值。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1;
	string s2("CSDN");

	//支持string类的赋值
	s1 = s2;
	cout << s1 << endl; //CSDN

	//支持字符串的赋值
	s1 = "hello";
	cout << s1 << endl;  //hello

	//支持字符的赋值
	s1 = 'x';
	cout << s1 << endl; //x
	return 0;
}

2、operator+=
 string类中对+=运算符进行了重载，重载后的+=运算符支持string类的复合赋值、字符串的复合赋值以及字符复合的赋值。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1;
	string s2("hello");

	//支持string类的复合赋值
	s1 += s2;
	cout << s1 << endl; //hello

	//支持字符串的复合赋值
	s1 += " CSDN";
	cout << s1 << endl; //hello CSDN

	//支持字符的复合赋值
	s1 += '!';
	cout << s1 << endl; //hello CSDN!
	return 0;
}

其实，operator+=的底层就是调用的push_back和append

3、operator+

string类中对+运算符进行了重载，重载后的+运算符支持以下几种类型的操作：
 string类 + string类
 string类 + 字符串
 字符串 + string类
 string类 + 字符
 字符 + string类
它们相加后均返回一个string类对象。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	string s1("super");
	string s2("man");
	char str[] = "woman";
	char ch = '!';

	//string类 + string类
	s = s1 + s2;
	cout << s << endl; //superman

	//string类 + 字符串
	s = s1 + str;
	cout << s << endl; //superwoman

	//字符串 + string类
	s = str + s1;
	cout << s << endl; //womansuper

	//string类 + 字符
	s = s1 + ch;
	cout << s << endl; //super!
	
	//字符 + string类
	s = ch + s1;
	cout << s << endl; //!super
	return 0;
}

4、operator>> 和 operator<<
 string类中也对>>和<<运算符进行了重载，这就是为什么我们可以直接使用>>和<<对string类进行输入和输出的原因。

istream& operator>> (istream& is, string& str);
ostream& operator<< (ostream& os, const string& str);

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	cin >> s; //输入
	cout << s << endl; //输出
	return 0;
}

5、!=、<、<=、>等
 string类中还对一系列关系运算符进行了重载，它们分别是==、!=、<、<=、>、>=。重载后的关系运算符支持string类和string类之间的关系比较、string类和字符串之间的关系比较、字符串和string类之间的关系比较。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s1("abcd");
	string s2("abde");
	cout << (s1 > s2) << endl; //0
	cout << (s1 < s2) << endl; //1
	cout << (s1 == s2) << endl; //0
	return 0;
}

注意：这些重载的关系比较运算符所比较的都是对应字符的ASCII码值。

12.string中与迭代器相关的函数

1、与正向迭代器相关的函数
begin函数：返回一个指向字符串第一个字符的迭代器。

函数原型：

iterator begin();
 const_iterator begin() const;

end函数：返回一个指向字符串结束字符的迭代器，即’\0’。

函数原型：

iterator end();
 const_iterator end() const;

使用示例：

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("hello");

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

	return 0;
}

2、与反向迭代器相关的函数
rbegin函数：返回指向字符串最后一个字符的反向迭代器。

函数原型：

reverse_iterator rbegin();
 const_reverse_iterator rbegin() const;

rend函数：返回指向字符串第一个字符前面的理论元素的反向迭代器。

函数原型：

reverse_iterator rend();
 const_reverse_iterator rend() const;

使用示例：

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("hello");

	//反向迭代器
	string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit;
		rit++;
	}
	cout << endl; //olleh

	return 0;
}

13.string与字符串之间的转换

1、将字符串转换为string
 将字符串转换为string很简单，在前面讲string的定义方式时就有说到。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	//方式一
	string s1("hello world");

	//方式二
	char str[] = "hello world";
	string s2(str);

	cout << s1 << endl; //hello world
	cout << s2 << endl; //hello world
	return 0;
}

2、使用c_str或data将string转换为字符串

const char* c_str() const;
const char* data() const;

区别：

在C++98中，c_str()返回 const char* 类型，返回的字符串会以空字符结尾。
在C++98中，data()返回 const char* 类型，返回的字符串不以空字符结尾。

但是在C++11版本中，c_str()与data()用法相同。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("hello world ");
	const char* str1 = s.data();
	const char* str2 = s.c_str();

	cout << str1 << endl;
	cout << str2 << endl;
	return 0;
}

兼容C语言，相互配合：

C语言与C++中字符串读取结束的区别：

14.string中子字符串的提取

1、使用substr函数提取string中的子字符串

string substr (size_t pos = 0, size_t len = npos) const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string ur1 = "https://cplusplus.com/reference/string/string/";
	size_t pos1 = ur1.find("://");
	string protocol;//协议
	if (pos1 != string::npos)//找到了
	{
		protocol = ur1.substr(0, pos1);//substr(pos, n)提取pos位置开始的n个字符序列作为返回值
	}
	cout << protocol << endl;

	string domain;//域名
	string uri;//资源名

	size_t pos2 = ur1.find("/", pos1 + 3);
	if (pos1 != string::npos)//找到了
	{
		domain = ur1.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
		uri = ur1.substr(pos2 + 1);
	}
	cout << domain << endl;
	cout << uri << endl;
	return 0;
}

2、使用copy函数将string的子字符串复制到字符数组中

size_t copy (char* s, size_t len, size_t pos = 0) const;

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s("abcdef");
	char str[20];

	//copy(str, n, pos)复制pos位置开始的n个字符到str字符串
	size_t length = s.copy(str, 4, 2);
	//copy函数不会在复制内容的末尾附加'\0'，需要手动加
	str[length] = '\0';
	cout << str << endl; //dcef
	return 0;
}

15.string中的getline函数

在使用>>进行输入操作时，当>>读取到空格便会停止读取，基于此，我们将不能用>>将一串含有空格的字符串读入到string对象中。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	cin >> s; //输入：hello CSDN
	cout << s << endl; //输出：hello
	return 0;
}

这时，我们就需要用getline函数完成一串含有空格的字符串的读取操作了。

用法一：

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

getline函数将从is中提取到的字符存储到str中，直到读取到换行符’\n’为止。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	getline(cin, s); //输入：hello CSDN
	cout << s << endl; //输出：hello CSDN
	return 0;
}

用法二：

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

getline函数将从is中提取到的字符存储到str中，直到读取到分隔符delim或换行符’\n’为止。

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
	string s;
	getline(cin, s, 'D'); //输入：hello CSDN
	cout << s << endl; //输出：hello CS
	return 0;
}

16.总结：

今天我们认识并具体学习了STL中string类，开启了STL学习的大门。接下来，我们将进行STL中string类的模拟实现。希望我的文章和讲解能对大家的学习提供一些帮助。

当然，本文仍有许多不足之处，欢迎各位小伙伴们随时私信交流、批评指正！我们下期见~