C++string类

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C/C++内存管理

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前言

在C语言中，字符串是以’\0’结尾的字符的集合，为了操作方便，C标准库提供了一些str系列的库函数，但这些库函数与字符串是分离开的，不符合面向对象的编程思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能就会造成越界访问。所以，C++标准库中增加了string类。

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一、string类简介

string类的简介：

1. string是表示字符串的字符串类。
2. 该类的接口与常规容器接口基本相同，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。

二、常用接口说明

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 test()
{
	//构造空的string类对象
	string s1;
	//用C格式字符串构造string类对象
	string s2("Hello world!");
	//拷贝构造s3
	string s3(s2);
}

2.string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size	返回字符串字符长度
length	返回字符串有效字符长度
capacity	返回空间总大小
empty	判断字符串是否为空串，是返回true，反之返回false
clear	清空有效字符
reserve	为字符串预留空间
resize	将有效字符个数改为n个，多出的空间用字符c填充

代码如下：

void test()
{
	//构造空的string类对象
	string s1;
	//用C格式字符串构造string类对象
	string s2("Hello world!");
	//拷贝构造s3
	string s3(s2);

	cout << "s2.size(): " << s2.size() << endl;
	cout << "s2.length(): " << s2.length() << endl;
	cout << "s2.capacity(): " << s2.capacity() << endl;
	cout << "s2.empty(): " << s2.empty() << endl;	
	cout << "s1.empty(): " << s1.empty() << endl;
	cout << endl;

	//将s2中有效字符清空，清空是只是将size清零，不改变底层空间大小
	s2.clear();
	cout << "s2.size(): " << s2.size() << endl;
	cout << "s2.capacity(): " << s2.capacity() << endl;
	cout << endl;

	//将s2中的有效字符增加到10个，多出的位置用字符'a'填充
	s2.resize(10, 'a');
	cout << "s2.size(): " << s2.size() << endl;
	cout << s2 << endl << endl;

	//将s2中有效字符个数增加到15个，多出的位置用缺省值'\0'进行填充。
	s2.resize(15);
	cout << "s2.size(): " << s2.size() << endl;
	cout << "s2.capacity(): " << s2.capacity() << endl;
	cout << s2 << endl << endl;

	//将s2中有效字符个数缩小到5个
	s2.resize(5);
	cout << "s2.size(): " << s2.size() << endl;
	cout << "s2.capacity(): " << s2.capacity() << endl;
	cout << s2 << endl << endl;

}

结果如下：

要注意的是：reverse在缩小（指预留空间比原空间小）时不会改变原来有效字符个数以及底层空间大小，但是增大时会增大底层空间大小。

代码如下：

void test()
{
	//构造空的string类对象
	string s1;
	//用C格式字符串构造string类对象
	string s2("Hello world!");
	//拷贝构造s3
	string s3(s2);
	
	//测试reverse是否会改变有效元素个数以及底层空间大小
	cout << s3 << endl;
	cout << "s3.size(): " << s3.size() << endl;
	cout << "s3.capacity(): " << s3.capacity() << endl;
	s3.reserve(25);
	cout << s3 << endl;
	cout << "s3.size(): " << s3.size() << endl;
	cout << "s3.capacity(): " << s3.capacity() << endl;
}

结果如下：

同时，利用reverse可以提高插入数据的效率，避免增容带来的开销。

对于容量操作，要注意一下几点：

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。

三、string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[]	返回对应位置字符，const string类对象调用
begin + end	begin获取一个字符迭代器，end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
rbegin + rend	rbegin获取一个字符迭代器，rend获取最后一个字符下一个位置的迭代器
范围for	C++支持的更简洁的for遍历模式

代码如下：

void test2()
{
	string s1 = "Hello world!";
	cout << s1 << endl;

	//cosnt类型不能修改
	const string s2("Hello world!");

	s1[0] = 'A';
	cout << s1 << endl;

	//三种遍历方式
	//1.for + operator[]
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
	{
		cout << s1[i];
	}
	cout << endl;

	//2.迭代器
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	}
	cout << endl;

	//3.范围for
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e;
	}
	cout << endl;
}

四、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
append	在字符串后追加一个字符串
operator+=	在字符串后追加字符串
c_str	返回c格式字符串
find + npos	从指定位置开始找字符c，返回该字符在字符串中位置
rfind	从字符串指定位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置
substr	在字符串中从指定位置开始，截取n个字符，然后将其返回
earse	删除指定位置之间的字符

代码如下：

void test3()
{
	string s = "Hello world !";
	在字符串后尾插字符
	s.push_back('\0');
	cout << s << endl;
	//在字符串后追加字符串
	s.append("AAA");
	cout << s << endl;
	s += 'C';
	s += "BBB";
	cout << s << endl;
	//以C语言方式打印字符串
	cout << s.c_str() << endl;

	//从头开始找对应字符，返回对应下标位置
	//第一次出现的位置
	int pos1 = s.find(' ');
	//最后一次出现的位置
	int pos2 = s.rfind(' ');
	cout << pos1 << endl;
	cout << pos2 << endl;

	//获取后缀
	s.append(".cpp");
	cout << s << endl;
	//find()找到字符第一次出现的位置
	int pos3 = s.find('.');
	string suffix(s.substr(pos3, s.size() - pos3));
	cout << s << endl;
	cout << suffix << endl;

	//npos是string类中的一个静态成员变量
	string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
	size_t start = url.find("://");
	if (start == string::npos)
	{
		cout << "invalid url" << endl;
		return;
	}
	start += 3;
	//从start起找到字符第一次出现的位置
	size_t finish = url.find('/', start);
	cout << finish << endl;
	string address = url.substr(start, finish - start);
	cout << address << endl;

	//删除url前缀
	size_t pos = url.find("://");
	//删除0和pos + 3之间的字符
	url.erase(0, pos + 3);
	cout << url << endl;
}

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。

五、string类非成员函数

函数	功能说明
operator+	返回一个相加后的字符串
operator<<	输出运算符重载
operator>>	输入运算符重载
getline	输入一行（遇到空格不停止）
relational operator	大小比较

本文只是对string类进行一个简单的分析和介绍，如果要深入了解string的接口函数，可以查阅官方文档。