C++ string 的用法

string类

在C语言中，字符串都是以‘\0’位结尾的一些字符的集合，为了方便操作，C标准库中已经给定了一些字符串操作函数，库中的函数与对象是分离的，不符合C++的封装思想

所以在C++中，string成为了一种容器，它有属于自己的结构和函数

如果想使用string类，需要#include和using namespace std

我们时常把string和STL中其他容器归到一起，但是实际上string不是STL中的，string类是在STL之前出现的用来专门解决字符串处理的问题
后来STL才在惠普实验室中发明出来
而string在C++标准库中，STL也在C++标准库中

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string类接口函数及基本用法

构造函数，析构函数及赋值重载函数

string类中定义了7个构造函数

• string()，无参构造，会构造出空的的string类对象，即空字符串
• string(const string& str)，拷贝构造
• string(const string& str, size_t pos, size_t len = npos)，用string类型对象str，从pos位置开始,len个长度的字串构造出2一个新对象 ，这里的参数len是一个缺省参数，它的缺省参数为npos，而这个npos是string中定义的成员常量，它的值为-1，len的类型为无符号整型，所以把-1赋值给len后,len的值就是整形的最大值，一个非常大的数。也就是如果传参时不传第二个参数，就从pos位置开始直到字符串结束进行构造。

npos：

• string (const char* s)，用一个字符串进行构造
• string (const char* s, size_t n)用字符串s的前n个字符进行构造
• string (size_t n, char c)，在字符串中用连续复制 n个字符 c进行构造
• template string (InputIterator first, InputIterator last) 用迭代器进行构造，按照[first，last)左闭右开，按照字节序进行构造

void test1()
{
    string s1;//无参构造，空字符串
    string s2(s1);//拷贝构造
    string s3("abcdefg");//用一个字符串进行构造
    string s4(s3, 2, 3);//在s3的2位置开始跨3个字符进行构造
    string s5(s3, 2);//在s3的2位置构造到最后
    string s6("abcde", 2);//复制"abcde"的前2个字符
    string s7(10, 'a');//构造连续10个字符'a'
}

string的析构函数只有一个:

~string();

赋值重载函数

string类中实现了string对象，字符串，和字符的赋值重载

void test2()
{
    string s1;
    string s2("111");
    s1 = "abcde";
    s1 = s2;
    s1 = 'a';
}

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元素访问相关函数

operator[]

在C语言的字符串中，数据是存放在数组里的，我们可以使用[]访问某一下标处的字符
那么其实在C++中的string类中也可以，string类中实现了[]的重载

char& operator[] (size_t pos)，可以进行读写操作
const char& operator[] (size_t pos) const只能进行读的操作，不可以进行写的操作

void test3()
{
    string s1("abcdefg");
    for (size_t i = 0; i < 7; i++)
    {
        //通过[]访问
        cout << s1[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    for (size_t i = 0; i < 7; i++)
    {
        //通过[]修改
        s1[i]++;
    }
    cout << s1 << endl;
}

在operater[]内部，对于越界的判断是使用assert(),如果越界，就断言

string s1 = "hello"; char s2[] = "hello"
对string对象s1和字符数组s2进行访问：s1[0]，s2[0]
s1[0]和s2[0]虽然看上去相似，但是底层实现原理不同
s1[0]实际上是运算符重载s1.operator[](0)
s2[0]是指针的解引用 *(s2+0)

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at

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

at函数和operatro[]相似，都是返回pos位置的字符的引用

void test4()
{
    string s("123");
    cout << s.at(0) << s.at(1) << s.at(2) << endl;
}

与operator[]的区别在于如果越界，at会抛异常

但是at函数我们很少用，对于访问字符串元素，我们operator[]用的多

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back和front

char& back();
const char& back() const;

char& front();
const char& front() const;

• back()返回字符串中最后一个字符的引用
• front()返回字符串中第一个字符的引用
• back和front都有可以支持读写和只读的2个函数
• 空字符串不可以调用这2个函数
• back和front是C++11中才出现的
• 这2个函数不常用，完全可以用operatro[]替代

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迭代器iterator

迭代器iterator的作用是用来访问容器中的元素，不同的容器有属于自己的指针，迭代器像指针一样，但不一定是指针
在string容器中，迭代器是指针

迭代器iterator提供了一种统一的方式访问和修改容器的数据

• 普通迭代器：begin(),end()
  beign()指向字符串的第一个字符
  end()指向字符串的最后一个字符的下一个位置

所以我们又有了一种可以遍历字符串的方法，就是使用迭代器

void test5()
{
    string s("hello world!");
    string::iterator it = s.begin();
    while (it != s.end())
    {
        cout << *it;
        it++;
    }
}

• 反向迭代器： rbegin(),rend()
  rbegin()指向最后一个元素，rend()指向第一个元素的下一个元素
  
  反向迭代器的类型是string::reverse_iterator
string::reverse_iterator rit = s.rbegin前面的类型写起来太长，我们可以用auto替代:auto rit = s.rbegin

void test5()
{
    string s("hello world!");
    auto rit = s.rbegin();
    while (rit != s.rend())
    {
        cout << *rit;
        rit++;
    }
}

• const迭代器

如果用普通类型的迭代器去接收const类型字符串的迭代器会报错

所以这里还有一种const迭代器,有四种:cbegin(),cend(),crbegin(),crend()
普通迭代器可读可写，const迭代器只能写

const string s("hello wolrd");
string::const_iterator cit1= s1.cbegin();
string::const_iterator cit2= s1.cend();
string::const_reverse_iterator crit1 = s1.crbegin()
string::const_reverse_iterator crit2 = s1.crend()

const迭代器是C++11中定义的

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容量操作

size()和length()

size()和length()都返回字符串有效长度

在string类中，不把最后的\0认为是有效长度，计算\0前面字符串的长度

2个函数作用是一样的，那么底层实现是一样的吗？
我们先转到库文件里看看源码

 _NODISCARD _CONSTEXPR20_CONTAINER size_type length() const noexcept {
        return _Mypair._Myval2._Mysize;
}

_NODISCARD _CONSTEXPR20_CONTAINER size_type size() const noexcept {
        return _Mypair._Myval2._Mysize;
}

可以看到，2个函数的源码是相同的，那么为什么要定义2个作用一样的函数呢？

原因是，length()是从C语言中延续过来的
在有STL后，用length表示其他容器的大小不是特别确切，于是用size()函数返回容器的大小
为了兼容STL中的size()函数，所以在string中也定义了一个size()

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capacity()

string类中是有capacity的，类似于顺序表，因为string需要扩容

capacity()的作用就是返回capacity

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max_size

max_size()返回字符串最大尺度，但是在不同环境，不同平台下，max_size()返回的值不同
所以max_size(0很少用

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clear

clear清空有效字符，使size为0,capacity不变

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empty

判断字符串是否为空串
如果是空串返回true，否则返回false

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reserve

void reserve (size_t n = 0);

reserve作用是改变capacity纯开空间，不会改变size
如果我们知道某一字符串需要多大的空间，那么就可以直接用reserve扩容那么大的空间，就不需要多次扩容了，减少了扩容时的消耗

n如果大于现有的容量，就会使capacity扩大到n(或者更大，这取决于编译器)
n如果小于现有的容量，缩小字符串容量是非约束性条件，容量是否缩小取决于平台和编译器

void test6()
{
    string s("hello world");
    cout << s.size() << endl;
    cout << s.capacity() << endl;
    s.reserve(20);
    cout << "s.reserve(20)" << endl;
    cout << s.size() << endl;
    cout << s.capacity() << endl;
    s.reserve(5);
    cout << "s.reserve(5)" << endl;
    cout << s.size() << endl;
    cout << s.capacity() << endl;
}

从上面的输出结果可以看出，reserve(20)最终被编译器处理，扩容到了31，编译器也没有处理reserve(5)的缩容量要求

在string中，capacity认为是有效字符容量，所以字符串结尾的\0不算在其中
s.reserve(n)表面上是把容量阔为n，但是底层是扩大为n+1大小，就是为了容纳结尾的\0

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resize

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

resize改变
如果n比size小，就把字符串缩短到前 n 个字符，并删除 n 字符以外的字符，不会是capacity减小。
如果n比size大，则在字符串末尾插入所需的字符来扩展当前内容默认填充'\0，以达到 n 的大小。如果指定了 c，则新元素将被初始化为c 。在这个过程中如果容量满了，还会进行扩容

void test7()
{
    string s("hello world");
    cout << s.size() << endl;
    cout << s.capacity() << endl;
    s.resize(3);
    cout << s << endl;
    cout << s.size() << endl;
    cout << s.capacity() << endl;
    s.resize(20,'x');
    cout << s << endl;
    cout << s.size() << endl;
    cout << s.capacity() << endl;
}

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shrink_to_fit

要求字符串缩小容量，以适应其大小。
该请求是非约束性的，容器实现可以自由地进行其他优化，使字符串的容量大于其大小，是否减小capacity取决于编译器
此函数不会影响字符串的长度，也不会改变其内容。

shrink_to_fit是C++11中才有的

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string类对象修改操作

operator+=

string& operator+= (const string& str);
string& operator+= (const char* s);
string& operator+= (char c);

operator+=的作用是在字符串后面追加一个字符串或字符
string& operator+= (const string& str)和string& operator+= (const char* s)是追加字符串
string& operator+= (char c)是追加一个字符

void test8()
{
    string s1("hello");
    string s2(" world");
    s1 += s2;//追加一个string对象
    cout << s1 << endl;
    s1 += " hello string";//追加一个字符串
    cout << s1 << endl;
    s1 += '!';//追加一个字符
    cout << s1 << endl;
}

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push_back

void push_back (char c);

作用是在字符串后追加一个字符

void test8()
{
    string s1("hello world");
	s1.push_back('!');
	cout<<s1<<endl;
}

结果输出：hello world!

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append

作用是在字符串后面追加一个字符串

我们可以看到append重载了6种函数，我们可以通过参数判断出函数的用法，其实和构造函数是相同的

• string& append (const string& str)，在字符串后追加str
• string& append (const string& str, size_t subpos, size_t sublen),在str的subpos位置开始，追加sublen长度的字符串
• string& append (const char* s)，追加字符串s
• string& append (const char* s, size_t n，追加字符串s的前n个字符
• string& append (size_t n, char c)，连续追加n个字符c
• template string& append (InputIterator first, InputIterator last);按顺序添加 [first,last] 范围内字符序列

void test9()
{
    string s1;
    string s2(" world");
    s1.append("hello");//hello
    s1.append(s2);//hello world
    string s3;
    s3.append(s2, 2, 5);//llo w
    s3.append(5, 'x');//llo wxxxxx
    s3.append("string", 4);//llo wxxxxxstri
    s3.append(s1.begin(), s1.end());//llo wxxxxxstrihello world
}

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assign

为字符串赋值，替换当前内容
根据参数我们也可以看出每个函数的用法，与构造函数和append函数类似

assign我们用的少，它的特点就是赋值+覆盖

void test10()
{
    std::string str;
    std::string base = "The quick brown fox jumps over a lazy dog.";

    str.assign(base);
    std::cout << str << '\n';          //"The quick brown fox jumps over a lazy dog."

    str.assign(base, 10, 9);
    std::cout << str << '\n';         // "brown fox"

    str.assign("pangrams are cool", 7);
    std::cout << str << '\n';         // "pangram"

    str.assign("c-string");
    std::cout << str << '\n';         // "c-string"

    str.assign(10, '*');
    std::cout << str << '\n';         // "**********"

    str.assign(base.begin() + 16, base.end() - 12);
    std::cout << str << '\n';         // "fox jumps over"
}

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insert

在pos位置或迭代器p位置处字符前插入附加字符串

void test11()
{
    string str = "to be question";
    string str2 = "the ";
    string str3 = "or not to be";
    string::iterator it;

    str.insert(6, str2);                 // to be the question
    str.insert(6, str3, 3, 4);             // to be not the question
    str.insert(10, "that is cool", 8);    // to be not that is the question
    str.insert(10, "to be ");            // to be not to be that is the question
    str.insert(15, 1, ':');               // to be not to be: that is the question
    it = str.insert(str.begin() + 5, ','); // to be, not to be: that is the question
    str.insert(str.end(), 3, '.');       // to be, not to be: that is the question...
}

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erase

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

• string& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos),删除字符串中从字符位置 pos 开始并跨越 len 字符的部分，参数pos和len都是缺省参数，如果都传参，就会将字符串全部删除
• iterator erase (iterator p)，删除迭代器p位置处的字符
• iterator erase (iterator first, iterator last)，删除[first,last]区间中的字符部分

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replace

用新内容替换字符串中从字符 pos 开始、跨 len 字符的部分(迭代器[i1,i2]区间字符的部分)

void test12()
{
    std::string base = "this is a test string.";
    std::string str2 = "n example";
    std::string str3 = "sample phrase";
    std::string str4 = "useful.";
                                        //0123456789*123456789*12345
    std::string str = base;           // "this is a test string."
    str.replace(9, 5, str2);          // "this is an example string." 
    str.replace(19, 6, str3, 7, 6);   // "this is an example phrase." 
    str.replace(8, 10, "just a");     // "this is just a phrase." 
    str.replace(8, 6, "a shorty", 7); // "this is a short phrase."   
    str.replace(22, 1, 3, '!');       // "this is a short phrase!!!"  
}

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swap

void swap (string& str);

交换2个字符串的值

void test13()
{
    string s1("hello world");
    string s2("let`s rock");
    s1.swap(s2);
    cout << s1 << endl;//let`s rock
    cout << s2 << endl;//hello world
}

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pop_back

void pop_back();

删除最后一个元素

void test13()
{
    string s1("hello world");
    s1.pop_back();
    cout << s1;  //“hello worl”
}

字符串操作

c_str

const char* c_str() const;

获取等价C的字符串
返回一个指针，指针指向一个字符串

void test14()
{
    string s("let`s rock");
    const char* str = s.c_str();
    cout << str;//"let`s rock"
}

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substr

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

返回子串
子串是对象中从字符位置 pos 开始、跨 len 字符（或直到字符串结束，以先到者为准）的部分。

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find和rfind

find

在字符串中搜索参数指定序列的首次出现，如果找到了指定序列，返回指定序列首次出现的位置，如果没找到，返回npos
如果指定了 pos，只从pos位置开始(包括pos)向后进行搜索
参数n 指的是查找字符串前n个字符

下面我们划分一个网址的协议，域名，资源

void test16()
{
    string url("https://blog.csdn.net/weixin_64116522?spm=1000.2115.3001.5343");
    
    size_t pos1 = url.find("://");
    if (pos1 != string::npos)
    {
        string protocol = url.substr(0,pos1);
        cout << protocol << endl;
    }
    size_t pos2 = url.find("/", pos1 + 3);
    if (pos2 != string::npos)
    {
        string domain = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
        cout << domain <<endl;
        string uri = url.substr(pos2 + 1);
        cout << uri << endl;
    }
}

我们先从头开始搜索":\\"，把找到的位置存放到pos1中，然后用substr函数提取处协议字串propocol
然后我们就要从blog.csdn.net/weixin_64116522?spm=1000.2115.3001.5343里面搜索/，也就是从pos1+3位置开始搜索，把找到的位置存放到pos2中，使用substr函数，从pos1+3位置开始，提取长度为pos2 - (pos1 + 3)的字串就是域名，剩下的就是资源了

rfind

在字符串中查找参数指定序列的最后一次出现。
如果指定了 pos，则搜索只包括从 pos 位置或之前开始的字符序列，而忽略从 pos 位置之后开始的任何可能的匹配。

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find_first_of，find_last_of，find_first_not_of，find_last_not_of

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;

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

size_t find_last_of (const char* s, size_t pos, size_t n) const;
	
size_t find_last_of (char c, size_t pos = npos) const;

find_first_of搜索字符串中与其参数中指定的任何字符相匹配的第一个字符。
如果指定了 pos，则搜索只包括 pos 位置上或之后的字符，而忽略 pos 之前可能出现的任何字符。

find_last_of搜索字符串中与参数中指定的任何字符相匹配的最后一个字符。
如果指定了 pos，则搜索只包括 pos 位置或之前的字符，忽略 pos 之后可能出现的字符。

void test17()
{
    string str("helloiqa");
    size_t pos1 = str.find_first_of("aeiou");
    //返回"aeiou"中任一个字符在str中第一次出现的位置，第一次出现的是e，位置是1
    cout << pos1 << endl;
    size_t pos2 = str.find_last_of("aeiou");
    //返回"aeiou"中任一个字符在str中最后一次出现的位置，最后一次出现的是a，位置是7
    cout << pos2 << endl;
}

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

size_t find_first_not_of (char c, size_t pos = 0) const;

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;

find_first_not_of 搜索字符串中第一个不匹配参数中指定字符的字符。
如果指定了 pos，则搜索只包括位置 pos 上或之后的字符，而忽略该字符之前可能出现的任何字符。

find_last_not_of 搜索字符串中最后一个不匹配参数中指定字符的字符。
如果指定了 pos，则搜索只包括 pos 位置或之前的字符，忽略 pos 之后可能出现的字符。

void test17()
{
    string str("helloiqa");
    size_t pos1 = str.find_first_not_of("aeiou");
    //返回第一个不匹配"aeiou"中指定字符的字符，是h，位置为0
    cout << pos1 << endl;
    size_t pos2 = str.find_last_not_of("aeiou");
    //返回最后一个不匹配"aeiou"中指定字符的字符，是q,位置为6
    cout << pos2 << endl;
}

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非成员重载函数

关系操作符

比较大小，这里不多说

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流插入，流提取

string也重载了operator<<和operator>>

流提取就是输出字符串

void test18()
{
	string str("hello");
	cout<<str;//流提取运算符
}

流插入运算符

void test18()
{
	string str;
	cin>>str;//流提取运算符
}

这里有一个问题，如果输入一个连续的字符串，可以成功得从缓冲区中读取到
如果输入一个字符串中间有空格，就只会读取到空间前的部分

这时就需要用到getline函数了

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getline

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

getline(cin,s)，这样就可以读取到空格后面的字符串了

类型转换函数

string类中还内置一些类型转换函数

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VS下string的结构

string总共占28字节，内部结构是比较复杂的

有一个联合体，联合体用来定义string中字符串的存储空间

• 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组存放
• 当字符串长度大于16时，从堆上开空间，只在联合体内存放一个指向堆空间的指针
• 这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高
• 还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量