C++之string类的使用

1.为什么要学string类

我们所学的字符串是以’\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的，不太符合面向对象的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会访问越界。

因此C++标准库提供了字符串类模板，为我们提供了各种功能的接口，而不在关心底层是如何实现的，方便我们去使用。

在学习一个模板的时候，我们需要了解这个模板提供了哪些接口，接口实现了什么功能，返回值等等，这里提供C++标准库，里面有各种模板的详细介绍。

2.标准库中的string类

basic_string是一个标准库提供的字符串类模板，charT是模板参数，表示的是字符类型，字符串由这种类型的一系列字符组成。后面的参数暂时不用管，后面再说。

这个类模板可以实例化上面4种类。

可能会有这样的疑问，字符串里面包含的都是普通字符，为什么要实例化4种类呢？

其原因是因为字符编码的问题。

补充知识

1.我们在C语言所接触最多的是ASCLL，包含了大小写字母，数字，标点符号等等…这套编码是由美国发明的，是符合老美文字习惯。但是为了将计算机推展到全世界，还需要包括其他国家文字。因此有了统一码（unicode）也叫万国码。

2.unicode有UTF-8、UTF-16、UTF-32三种将数字转换到程序数据的编码方案。一个字大小分别占1个字节，2个字节，4个字节。

3.我们使用最多是UTF-8，这种编码方案兼容ASCLL，还省空间。

以后根据字符编码不同，可以选择对应的实例化的类。

简单认识string类的构成

template<class T>
class basic_string
{
public:
	//各种成员函数
private:
	T* _str;
	size_t _size;
	size_t _capacity
};

typedef basic_string<char> string;

int main()
{
	//这两种是等价的
	basic_string<char> s;
	string s;
}

字符串类其实本质就是动态增长的数组，学过数据结构的数组，这里更容易理解。

使用string必须包含头文件

#include

3.string类的接口的使用

string类每一种接口都有很多函数重载，下面主要讲述的是一些常用的需要重点掌握的，不需要看文档就会用的，其他没有讲述的如果需要用，在查文档。

3.1默认成员函数

默认成员函数包括：构造函数（包含拷贝构造函数），析构函数，赋值运算符重载函数

构造函数

拷贝构造函数是构造函数的重载，因此构造函数包含里包含拷贝构造函数。

(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

赋值运算符重载函数

3.2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）	将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充

size和length都返回字符串有效字符长度，不包括’\0’。

这里可能会有疑问，一样功能的实现两个函数？

1.最开始求字符串有效字符长度只有length，但是有了STL(标准模板库)之后，涉及的模板多了起来，如求二叉树结点个数，链表长度，就不是能用length能表达清楚的了，所以有了size。
2.string为了符合STL(标准模板库)，也有了size，在后面我们经常使用的是size。

当string类存放字符空间是动态开辟的，空间不够会扩容。

	//插入1000个字符，看是否扩容
	string s;
	size_t capacity = s.capacity();
	cout << "capacity:" << capacity << endl;
	for (int i = 0; i < 1000; ++i)
	{
		s.push_back('x');
		if (capacity != s.capacity())
		{
			capacity = s.capacity();
			cout << "change capacith:" << capacity << endl;
		}
	}

不同编译器扩容是不一样的。下面看看在Linux情况下，同一段代码扩容情况。

可以看见在Liunx下，同样代码，每次申请空间都是2倍。

我们知道频繁扩容是有代价的。如果我们预先知道开辟多大空间，就可以减少扩容，提高效率。

reserve为字符串预留空间。

empty判断字符串是为空。

clear清楚有效字符，清除之后是否缩容，看string类是如何规定。

resize，将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充
resize有三种情况：
1.n

删除数据

2.size

插入数据，如果没有指定用’\0’填充。

3.n>capacity

扩容+插入数据

3.3访问操作

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

operator[]是常用的访问操作，不仅可以访问，还可以修改。

3.4遍历操作

void test_string4()
{
	string s("hello world");
	//遍历
	//1.普通遍历
	for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
	{
		//字符+1
		s[i] += 1;
		cout << s[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	//2.范围for遍历
	for (auto& ch : s)
	{
		//字符-1
		ch -= 1;
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;

	//3.迭代器iterator
}

迭代器：是一种通用的访问方式。

iterators：行为上像指针一样的类型。
注意不同迭代器是不一样的。

	//3.迭代器iterator
	//正向迭代
	string::iterator it1 = s.begin();
	while (it1 != s.end())
	{
		*it1 += 1;
		++it1;
	}
	it1 = s.begin();
	while (it1 != s.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

返回字符串第一个数据位置

返回字符串最后一个有效数据的下一个位置。

	//反向迭代
	string::reverse_iterator it2 = s.rbegin();
	while (it2 != s.rend())
	{
		cout << *it2 << " ";
		++it2;
	}
	cout << endl;

rebegin返回有效字符最后一个位置

rend返回有效字符第一个位置

	//const正向迭代
	//只能遍历，不支持修改
	string::const_iterator it3 = s.begin();
	while (it3 != s.end())
	{
		cout << *it3 << " ";
		++it3;
	}
	cout << endl;

	//const反向迭代
	//只能遍历，不支持修改
	//string::const_reverse_iterator it4 = s.rbegin();
	//auto 根据右边推测左边的类型
	auto it4 = s.rbegin();
	while (it4 != s.rend())
	{
		cout << *it4 << " ";
		++it4;
	}
	cout << endl;

我们看见有的接口实现了两种类型，一个加const，一个没加const。
如果我们自己实现一个类也需要考虑要不要加上实现加const版本的函数。

总结：

1.只读功能函数，只提供const版本即可
2.只写功能函数，只提供非const版本即可
3.读写功能函数，需提供const+非const版本

3.5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
insert	插入字符串
erase	删除字符串中的字符
assign	为字符串指定一个新值，替换其当前内容。
swap	交换字符串值

push_back

append 和构造函数的重载函数一样，但是常用的是第一个和第三个

operator+=是我们需要重点掌握的

insert 插入字符串
插入意味着挪动数据，所以string很少使用

剩下的可以自行了解文档。

erase删除字符串中的字符
也是要挪动属性，很少使用。

默认开始位置是0，默认长度是npos

size_t是无符号整型 ，-1会整型提升无符号整型，因此-1就变成了4294967295。

assign和replace都是替代原有的字符串，但是assign是清理掉原数组之后在赋值，而replace不清理原数组，直接替代。

swap交换字符串的值

3.6字符串操作

函数名称	功能说明
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

c_str返回c格式字符串。

注意返回值是 const类型。

find，正向在字符串中查找内容

找到返回第一个匹配的第一个字符的位置。找不到返回string::npos

rfind，反向在字符串中查找内容。

**find_first_of，查找字符串中的字符，该函数和find不一样，这个函数会搜索参数中指定的任何字符匹配的第一个字符。。当指定位置时，搜索仅包括位置位置处或位置之后的字符，忽略位置之前可能出现的任何字符。**当作了解即可，用的很少。

搜索成功返回匹配字符的位置，不成功返回npos

substr生成子字符串
返回一个新构造的字符串对象

3.7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>> （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

operator>>从流中提取字符串

operator<<将字符串插入流

为什么输的是hello world，结果只打印处理hello呢？

cin和scanf都是输入，cin标准化输入，scanf格式化输入。
cin取数据时会忽略空格和回车继续输入。
scanf取数据时遇到回车、空格就会停止。
为了使cin和scanf一样，库里面实现的operator<<就针对做了特殊处理。

如果就想拿到整个字符串，使用getline函数将行从流转换为字符串

relational operators是字符串大小比较的接口

string类接口还有很多，这里只是例举了一些比较重要的，都标上了重点。需要不看文档就知道怎么。剩下的内容大家在下面在多多练习。好了本篇string类的使用到这里就结束喽。
下篇string类的模拟实现.

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