【C++】——string类的介绍及模拟实现
文章目录
- 1. 前言
- 2. string类的常用接口
-
- 2.1 string类对象的常见构造
- 2.2 string类对象的容量操作
- 2.3 string类对象的访问及遍历操作
- 2.4 string类对象的修改操作
- 2.5 string类非成员函数
- 2.6 string四种迭代器类型
- 2.7 string类的insert和erase函数
- 3. 浅拷贝和深拷贝
- 4. string类模拟实现
- 5. 结尾
1. 前言
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。所以我们今天来学习C++标准库中的string类。
2. string类的常用接口
2.1 string类对象的常见构造
| (constructor)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 |
void Test1()
{
string s1;
//string s2 = "hello world!!!";
string s2("hello world!!!");
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
string s3(s2);
cout << s3 << endl;
string s4(s2, 6, 5);
cout << s4 << endl;
//第三个参数len大于后面字符长度，有多少拷贝多少拷贝到结尾
string s5(s2, 6, 15);
cout << s5 << endl;
string s6(s2, 6);
cout << s6 << endl;
string s7("hello world", 5);
cout << s7 << endl;
string s8(100, 'x');
cout << s8 << endl;
}
2.2 string类对象的容量操作
| 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，是返回true，否则返回false |
| clear | 清空有效字符 |
| reserve | 为字符串预留空间 |
| resize | 将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充 |
注意：
注意：
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。
2.3 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 | 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 |
| 范围for | C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式 |
void Test3()
{
string s1("hello world");
cout << s1[0] << endl;
s1[0] = 'x';
cout << s1[0] << endl;
cout << s1 << endl;
//遍历s1，每个字符+1
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
s1[i]++;
}
cout << s1 << endl;
const string s2("world");
for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
{
//s2[i]++; 失败，const修饰的变量不能修改
cout << s2[i] << " ";
}
cout << endl;
cout << s2 << endl;
//cout << s2[6] << endl; 失败，operator[]内部会检查越界访问
}
void Test4()
{
string s1("hello");
//iterator迭代器类型，像指针一样的类型，有可能就是指针，也可能不是指针，但用法和指针一样
string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
(*it)++;
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
cout << s1 << endl;
//范围for，自动迭代，自动判断结束
//依次取s1的每个字符，赋值给ch
//for (auto ch : s1)
//{
// ch++;//改变不会影响s1
// cout << ch << " ";
//}
//cout << endl;
//cout << s1 << endl;
for (auto& ch : s1)
{
ch++;
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
cout << s1 << endl;
list<int> lt(10, 1);
list<int>::iterator lit = lt.begin();
while (lit != lt.end())
{
cout << *lit << " ";
lit++;
}
cout << endl;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//范围for底层其实就是迭代器
}
2.4 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+= | 字符串后追加字符串str |
| c_str | 返回C格式字符串 |
| find+npos | 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 |
void Test6()
{
string s1("hello");
s1.push_back('-');
s1.push_back('-');
s1.append("world");
cout << s1 << endl;
string s2("哈哈哈");
s1 += '@';
s1 += s2;
s1 += "!!!";
cout << s1 << endl;
s1.append(++s2.begin(), --s2.end());
cout << s1 << endl;
//string copy(++s1.begin(), --s1.end());
string copy(s1.begin() + 5, s1.end() - 5);
cout << copy << endl;
}
void Test8()
{
string s1("hello world");
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
s1 += '\0';
s1 += "hello";
cout << s1 << endl;//string对象以size为结束的标准
cout << s1.c_str() << endl;//常量字符串对象以\0为结束的标准
}
void Test9()
{
string s1("test.cpp");
//取后缀
size_t pos = s1.find('.');
if (pos != string::npos)
{
string s2 = s1.substr(pos);
cout << s2 << endl;
}
string s3("test.cpp.txt.zip");
size_t pos2 = s3.rfind('.');
if (pos2 != string::npos)
{
string s4 = s3.substr(pos2);
cout << s4 << endl;
}
}
2.5 string类非成员函数
| 函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| operator+ | 尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低 |
| 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 | 大小比较 |
void Test10()
{
string s1("aaabbb");
string s2("aaabbc");
cout << (s1 > s2) << endl;
cout << (s1 < s2) << endl;
}
void Test11()
{
string s1;
getline(cin, s1);
cout << s1 << endl;
}
2.6 string四种迭代器类型
iterator迭代器类型，像指针一样的类型，有可能就是指针，也可能不是指针，但用法和指针一样
string类一共有四种迭代器:
iterator/const_iterator
reverse_iterator/const_reverse_iterator
具体功能如下
void Test4()
{
string s1("hello");
//iterator迭代器类型，像指针一样的类型，有可能就是指针，也可能不是指针，但用法和指针一样
string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
(*it)++;
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
cout << s1 << endl;
//范围for，自动迭代，自动判断结束
//依次取s1的每个字符，赋值给ch
//for (auto ch : s1)
//{
// ch++;//改变不会影响s1
// cout << ch << " ";
//}
//cout << endl;
//cout << s1 << endl;
for (auto& ch : s1)
{
ch++;
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
cout << s1 << endl;
list<int> lt(10, 1);
list<int>::iterator lit = lt.begin();
while (lit != lt.end())
{
cout << *lit << " ";
lit++;
}
cout << endl;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//范围for底层其实就是迭代器
}
void PrintString(const string& str)
{
//auto it = str.begin();
string::const_iterator it = str.begin();
while (it != str.end())
{
//*it = 'x'; 失败，不能修改const类型的变量
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
string::const_reverse_iterator rit = str.rbegin();
while (rit != str.rend())
{
cout << *rit << " ";
rit++;
}
cout << endl;
}
void Test5()
{
string s1("hello");
string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
while (rit != s1.rend())
{
cout << *rit << " ";
rit++;
}
cout << endl;
PrintString(s1);
}
2.7 string类的insert和erase函数
insert：在pos位置，插入字符串或字符，原位置字符串向后挪动。
erase：从pos位置开始，删除后面的n个字符。
void Test7()
{
string s1("哈 哈 哈");
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
if (s1[i] == ' ')
{
s1.insert(i, "666");
i += 3;
}
}
cout << s1 << endl;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
if (s1[i] == ' ')
{
s1.erase(i, 1);
}
}
cout << s1 << endl;
string str;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
if (s1[i] != ' ')
{
str += s1[i];
}
else
{
str += "666";
}
}
cout << str << endl;
}
3. 浅拷贝和深拷贝
浅拷贝：也叫位拷贝，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。
深拷贝：如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。
4. string类模拟实现
namespace fiora
{
class string
{
public:
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;
}
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
// 传统写法
// s2(s1)
//string(const string& s)
// :_str(new char[s._capacity+1])
// , _size(s._size)
// , _capacity(s._capacity)
//{
// strcpy(_str, s._str);
//}
s1 = s3
s1 = s1
//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
// s2(s1)
void swap(string& tmp)
{
::swap(_str, tmp._str);
::swap(_size, tmp._size);
::swap(_capacity, tmp._capacity);
}
// s2(s1)
string(const string& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp); //this->swap(tmp);
}
// s1 = s3
//string& operator=(const string& s)
//{
// if (this != &s)
// {
// //string tmp(s._str);
// string tmp(s);
// swap(tmp); // this->swap(tmp);
// }
// return *this;
//}
// s1 = s3
string& operator=(string s)
{
swap(s);
return *this;
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
const char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
void push_back(char ch)
{
// 满了就扩容
/*if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';*/
insert(_size, ch);
}
void append(const char* str)
{
//size_t len = strlen(str);
满了就扩容
_size + len 8 18 10
//if (_size + len > _capacity)
//{
// reserve(_size+len);
//}
//strcpy(_str + _size, str);
strcat(_str, str); 需要找\0，效率低
//_size += len;
insert(_size, str);
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
// 满了就扩容
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
挪动数据
//int end = _size;
//while (end >= (int)pos)
//{
// _str[end + 1] = _str[end];
// --end;
//}
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_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);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
// 挪动数据
size_t end = _size + len;
while (end >= pos + len)
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
return *this;
}
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;
}
}
size_t find(char ch, size_t pos = 0) const;
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const;
bool operator>(const string& s) const;
bool operator==(const string& s) const;
bool operator>=(const string& s) const;
bool operator<=(const string& s) const;
bool operator<(const string& s) const;
bool operator!=(const string& s) const;
private:
size_t _capacity;
size_t _size;
char* _str;
// const static 语法特殊处理
// 直接可以当成定义初始化
const static size_t npos = -1;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
{
out << s[i];
}
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
// 输入字符串很长，不断+=，频繁扩容，效率很低
char ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
s += ch;
ch = in.get();
}
return in;
}
//size_t string::npos = -1;
void test_string1()
{
/*std::string s1("hello world");
std::string s2;*/
string s1("hello world");
string s2;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
{
cout << s1[i] << " ";
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
{
s1[i]++;
}
for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
{
cout << s1[i] << " ";
}
cout << endl;
}
void test_string2()
{
string s1("hello world");
string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
*it += 1;
++it;
}
cout << endl;
for (auto ch : s1)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
}
void test_string3()
{
string s1("hello world");
string s2(s1);
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
s2[0] = 'x';
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
string s3("111111111111111111111111111111");
s1 = s3;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
s1 = s1;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
}
void test_string4()
{
string s1("hello world");
string s2("xxxxxxx");
s1.swap(s2);
swap(s1, s2);
}
void test_string5()
{
string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.push_back('x');
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s1.capacity() << endl;
s1 += 'y';
s1 += 'z';
s1 += 'z';
s1 += 'z';
s1 += 'z';
s1 += 'z';
s1 += 'z';
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s1.capacity() << endl;
}
void test_string6()
{
string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
s1 += ' ';
s1.append("world");
s1 += "bit hello";
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(5, '#');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(0, '#');
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string7()
{
string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(2, "world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(0, "world ");
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string8()
{
string s1("hello");
s1.erase(1, 10);
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello");
s2.erase(1);
cout << s2.c_str() << endl;
string s3("hello");
s3.erase(1, 2);
cout << s3.c_str() << endl;
}
void test_string9()
{
/* string s1;
cin >> s1;
cout << s1 << endl;*/
string s1("hello");
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
s1 += '\0';
s1 += "world";
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
string s3, s4;
cin >> s3 >> s4;
cout << s3 << s4 << endl;
}
}
5. 结尾
C++string类的基本概念我们就学习到这里，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。实际上string类有100多种接口，但我们没办法全部实现出来，而且也有很多是几乎用不到的接口，本文主要介绍的是常用及常见的接口。
最后，感谢各位大佬的耐心阅读和支持，觉得本篇文章写的不错的朋友可以三连关注支持一波，如果有什么问题或者本文有错误的地方大家可以私信我，也可以在评论区留言讨论，再次感谢各位。