【C++】string类的深入介绍

【C++】string类的深入介绍（1）

作者：爱写代码的刚子
时间：2023.5.26
本篇博客主要深入介绍string类、string类的常用接口及操作，string中迭代器的使用，以及string中的部分方法。（由于篇幅有限，剩余方法以及string的深浅拷贝将在之后的博客介绍）
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。

C++参考网站：

C++参考
C++官网
如果方便地查找网页中的关键字可以使用ctrl + f进行搜索
以C++参考网站为例，演示查找string类：

标准库中的string类

string类（了解即可）

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)。
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。

总结：

1. string是表示字符串的字符串类
2. 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。
3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string string;
4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

• 在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

string类的常用接口说明（最常用的）

学会查文档对C++的学习是非常重要的！（以下使用参考网站为例）：

这里只列举的部分，大家学习的时候一定要学会查文档！

• string类对象的常见构造

(constructor)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(size_t n,char c)	string类对象中包含n个字符c
string(const string&s)（重点）	拷贝构造函数

• 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（重点）	检测字符串释放为空串，是返回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）	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充

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。

• string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator（重点）	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返回一个逆向迭代器，指向字符串的最后一个字符+rend返回一个逆向迭代器，指向字符串的开头（第一个字符的前一个位置）。
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

• 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+=（重点）	在字符串后追加字符串str
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

注意：

1. 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。
2. 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。

• string类非成员函数

函数	功能说明
operator+	尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低
operator>>（重点）	输入运算符重载
operator<<（重点）	输出运算符重载
getline（重点）	获取一行字符串
relational operators（重点）	大小比较

• 需要注意的一个小点：
  在对string类使用<<的运算符重载进行比较时，我们一定要注意==<<的优先级较高（相较于普通的运算符）==，所有我们进行比较时要带上括号！
  

• 正确使用：
  

• • npos静态变量的介绍：

npos不是-1，而是整形的最大值（因为npos是无符号整型）

• 其他一些重要的修饰符和字符串操作：
  
  append（追加字符串）以及push_back（尾插一个字符）等一些函数已经实现了自动扩容（C++的好处，本质是字符管理的顺序表），但是建议使用 += ，因为 += 重载了这两种方法（例：string str；str += ('0' + val);（直接将整型val转成字符串））
  （注意有些情况+=不能替代append）
  下面是append具体信息：
  

具体用法查文档即可

详细介绍string::operator[]

示例：

上述代码中str和a虽然都是字符串，但是str的实现逻辑是调用string::operator，而a的实现逻辑是*(a+1);（在clion编译器中编译器跳过了第9行的a[1];语句，没有执行（编译器的优化））

迭代器

string中的迭代器（任何容器都支持，用法都是类似的）

示例：

• iterator是像指针一样的类型，有可能是指针，有可能不是指针（封装的指针）。（其实iterator的底层是用指针来实现的）
• 范围for（底层替换为迭代器,可以查看反汇编代码，一个类支持迭代器就支持范围for）
  

以上代码中若要进行对str2的修改可以使用引用：

• 链表中使用迭代器
  
  iterator提供了一种统一的方式，访问和修改容器的数据。算法通过迭代器去处理容器中的数据
• 迭代器可以和容器进行配合
  以reverse函数举例：
  
  由于reverse提供了list模版，所以可以对链表实现逆置。
  当然，也可以使用范围for来替代迭代器：
  

string中的反向迭代器

而范围for不能反向遍历

begin()、end()以及rbegin()、rend()具体指向的位置

如下图所示

const迭代器

注意auto在自动识别类型时并不带上常量属性！

• 如果我们想要使迭代器带上常量属性需要加上const_
  
  此时使用迭代器时不能改变存储在容器中的数据。
  附：其他迭代器补充：
  
  可以去作者提供的C++参考网站上去查询函数的具体用法（建议多查找网站）

string中的Capacity

• string类中有两种表示字符串长度的方法（size()和length()），这里只推荐使用size(),因为有些STL不支持length()（比如map）

max_size

max_size在不同的编译器上的结果不同。（所以使用时需谨慎，因为STL只是规范，它有许多不同的版本(大同小异)，导致结果不同）
演示：
clion下：

• Linux下：
  

capacity

同max_size,在不同的编译器下的结果并不相同！
clion下：

Linux下：

同时不同的编译器的扩容机制也不相同：
演示：
clion下：

Linux下：

clear（清理空间但并不释放空间）

clion下：

Linux下：

所以clear()并不会释放空间

reserve（提前给string开空间）

clion下：
clion即使清理了数据，也不会进行缩容

Linux下：
如果清理了数据使用reserve就会进行缩容，缩为0

如果没有清理数据也进行缩容，缩小到size大小

不同的编译器reserve的效果不同，同时还与clear函数有关，clion下没实现缩容，而Linux的g++编译器下会实现缩容（使用clear清理数据后会缩到0，如果没有清理数据则会缩小到size大小）。

resize 不单单扩容，而是开空间加初始化（不给初始化值默认/0）

resize如果给的值比原来string的size小，并不会缩容，capacity不会改变，空间没销毁，但是字符串的长度改变了 因为缩容是有代价的，所以resize不会改变空间，以免之后还要开空间

• 如果想要实现缩容可以用shrink_to_fit函数（具体用法查网站即可），但不建议缩容。

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