【C++入门】string类常用方法(万字详解)

目录

      • 1.STL简介
        • 1.1什么是STL
        • 1.2STL的版本
        • 1.3STL的六大组件
        • 1.4STL的缺陷
      • 2.string类的使用
        • 2.1C语言中的字符串
        • 2.2标准库中的string类
        • 2.3string类的常用接口说明 (只讲解最常用的接口)
          • 2.3.1string类对象的常见构造
          • 2.3.2 string类对象的容量操作
          • 2.3.3string类对象的修改操作
            • 2.3.4 `resize`和`reserve`
          • 2.3.5迭代器(正向)
          • 2.3.6 反向迭代器
          • 2.3.7const迭代器(正向&反向)
          • 2.3.8 元素访问
          • 2.3.9 `insert`和`erase`
          • 2.3.10 replace、find、rfind、substr
          • 2.3.11 string::swap
          • 2.3.12 c_str
          • 2.3.13 getline
        • 2.4 总结

1.STL简介

1.1什么是STL

STL(standard template libaray-标准模板库):是C++标准库的重要组成部分,不仅是一个可复用的组件库,而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架
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1.2STL的版本

  • 原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本,本着开源精神,他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码,无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。
HP 版本——所有STL实现版本的始祖

  • P.J.版本

由P. J. Plauger开发,继承自HP版本,被Windows Visual C++采用,不能公开或修改,缺陷:可读性比较低,符号命名比较怪异。

  • RW版本

由Rouge Wage公司开发,继承自HP版本,被C+ + Builder 采用,不能公开或修改,可读性一般。

  • SGI版本

由Silicon Graphics Computer Systems,Inc公司开发,继承自HP版本。被GCC(Linux)采用,可移植性好, 可公开、修改甚至贩卖,从命名风格和编程风格上看,阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码, 主要参考的就是这个版本

1.3STL的六大组件

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第2张图片
六大组件暂先了解,后面会慢慢学习。

1.4STL的缺陷

  1. STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽,上一版靠谱是C++98,中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年,STL才进一步更新。
  2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
  3. STL极度的追求效率,导致内部比较复杂。比如类型萃取,迭代器萃取。
  4. STL的使用会有代码膨胀的问题,比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码,当然这是模板语法本身导致的。

2.string类的使用

2.1C语言中的字符串

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思想(面向对象思想),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。

2.2标准库中的string类

string类其实是一个类模版实例化出来的模版类
string类的文档介绍
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第3张图片
我们可以看到,它其实是basic_string这个类模板实例化出来的类的一个typedef。

这里,basic_string实例化出来的模板类除了string还有三个。
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第4张图片
它们都是basic_string这个类模板实例化出来的模板类,区别在于它们对应的模板参数的类型不同

对于string类:其实它的底层就是一个动态的字符数组,
string就是一个char类型的字符数组
wstring就是对应的wchar_t的字符数组
u16string就是char16_t的字符数组
u32string就是char32_t的字符数组
这些不同类型的字符对应的大小也是不同的。

那么为什么要搞出这么多字符呢?

这里实际上是因为ASCll码
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这里面的所有符号和字母都一个对应的ASCII码值。
实际上内存里存的并不是字母本身,而是它们对应的ASCII码值(这里以16进制显示)。
但是ASCII主要是来显示英语这些语言的,并且世界上还有很多国家,很多种语言比如现在我们要让计算机能显示中文,用ASCII码就不行了啊、。
那基于这样的原因呢,有人就又发明了Unicode——万国码(兼容ASCII):
Unicode又进行了划分,分为UTF-8UTF-16UTF-32这些。

所以呢,为了应对这些不同的编码,就产生了这些不同的字符类型,所以就有了basic_string这个泛型字符串类模板,我们可以用它实例化出不同类型的字符串类。

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

2.3string类的常用接口说明 (只讲解最常用的接口)

2.3.1string类对象的常见构造

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第6张图片

(constructor)函数名称 功能说明
string() (空字符串构造函数 默认构造函数 重点) 构造一个空字符串,长度为零个字符
string(const char* s) (重点) 用一个常量字符串来构造字符串类对象
string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos) (不经常使用) 复制 str 中从字符位置 pos 开始并跨越 len 字符的部分(如果 str 太短或 len 是string::npos,则直到 str 的末尾)
string (const char* s, size_t n) 拿s指向字符串的前n个字符去构造string对象
string (size_t n, char c) 拿n个字符c去构造string对象
string (const string& str)(重点) 拷贝构造
template string (InputIterator first, InputIterator last) 迭代器之后讲解

下面我们开始逐个讲解:

  1. string()
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    这里我们构造了一个空字符串。
  1. **string (const char* s) **
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第8张图片
    这里还支持这样写:
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第9张图片
    这里就是我们之前讲的单参数的构造函数是支持隐式类型转换的
    在这里插入图片描述
  1. string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos)
    这里是拿str中的一个子串去构造string对象,这个字串是从str中下标pos位置开始,长度为len的一个字串。
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第10张图片
    如果这里的str比较短,或者这里给的lenstring::npos,则这个字串一直到str的末尾。
    举个简单的例子:
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第11张图片
    这里的len是30,那这里字符串的长度是不够的,比30短,但这里却不会报错,这里会取到字符串的结尾位置
    这里如果给的lenstring::npos,也会一直到str末尾,并且这里len会给缺省值,这个缺省值就是npos
    在这里插入图片描述
    这里的npos是什么呢?
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第12张图片
    它是一个静态成员变量,值是-1,但是这里它的类型是size_t(无符号整型),所以它在这里其实是整型的最大值
  1. string (const char* s, size_t n)
    用s指向字符串的前n个字符去构造string对象:
    在这里插入图片描述
  1. string (size_t n, char c)
    用n个字符c去构造string对象
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第13张图片
  1. string (const string& str)
    拷贝构造:
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第14张图片
2.3.2 string类对象的容量操作

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  1. sizelengh
    在这里插入图片描述
    两者都是返回字符串长度。
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第16张图片
    这里你或许有疑问为什么功能一样却要写两个接口。
    其实跟一些历史原因有关,string出现的比STL早,string严格来说是不属于STL的,它是C++标准库产生的,在STL出现之前就存在了
    string最早之前设计的就是length,但是后面STL出现之后,里面的其它数据结构用的都是size,那为了保持一致,就给string也增加了一个size。
    因此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()
  1. max_size
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第17张图片
    它的作用是返回字符串可以达到的最大长度
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第18张图片
    实际上字符串并不能开这么长,而且在不同平台下这个值是不一样
  1. capacity
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第19张图片
    这里就是返回当前string对象的容量(即当前给它分配的空间有多大,以字节表示)
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第20张图片
    ==这里它是不包含给’\0’的空间的,因为它认为’\0’不是有效字符

其他的老铁可以暂时结合文档看一下,重要的之后会给大家进行讲解。

2.3.3string类对象的修改操作

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  1. push_back
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    顾名思义push_back是尾插(追加1个字符)的意思。
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第23张图片
  1. append
    如果想追加一个字符串就可以用append
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第24张图片
    这里重载了很多版本,但是最常用的呢其实还是直接去追加一个字符串
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第25张图片
  1. operator+=
    实际上平常我们并不喜欢用push_backappend。而是去用 operator+=
    string重载了+=(运算符重载之前文章有讲过),用起来非常方便
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第26张图片
    【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第27张图片
2.3.4 resizereserve

有了以上的知识我们回头再看 一下容量中的resizereserve

在此之前我们观察一下,对于一个string对象,在不断插入数据的过程中它是如何进行扩容的。

int main()
{
	string s;
	size_t sz = s.capacity();
	cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
	return 0;
}

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第28张图片
这里在VS code上几乎每次扩容都是2倍扩。

在这里简单了解过扩容机制之后,我们来看一下reservereserve可以帮助我们更改容量大小,这样如果我们知道需要多大的空间,就可以一次开到位,就不用再一次一次的扩容了
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第29张图片
我们现在指定reserve100个容量,它不一定开的就是100,可能由于对齐啊等等的一些原因,它会给你多开一些空间,但是肯定不会比100小
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第30张图片
如果我们知道需要多少空间,reserve就可以帮助我们提前开辟好空间,然后就可以减少扩容,提升效率

resize又有什么作用呢?

resize不仅可以开空间,而且还能对开好的空间进行初始化。
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第31张图片
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这里我们没有指定第二个参数,既要填入的字符,默认给的是\0,当然我们也可以自己指定要填入的字符:
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>
如果我们传的n小于当前字符串长度,它还可以帮我们删除多出来的内容
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第34张图片
注意这里只会改变sizecapacity并没有改变
一般情况下是不会轻易缩容的,缩容的话一般是不支持原地缩的,由于底层内存管理的一些原因,是没法原地缩的。
如果支持原地缩,是不是就要支持释放一部分,我们申请一块空间,不用了只释放其中的一部分。
但是是不支持只释放一部分的,就像我们free是不是要求传的指针必须是指向其实位置的。
所以如果真的要缩容的话,只能异地缩,就是开一块新的小空间,把需要的数据拷贝过去,然后把原空间释放掉。所以缩容是要付出性能的代价的,系统原生是不支持的,我们需要自己去搞。所以不到万不得已不要轻易缩容。

2.3.5迭代器(正向)

现在我们想遍历一个string对象,首先可以循环用[ ]遍历,因为string是重载了[ ]的,或者我也可以用范围for。除了这些方法外我们还可以用迭代器。
在这里插入图片描述

我们举个简单的例子:

int main()
{
	string s1("hello world");
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	return 0;
}

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第35张图片
这里的it就是我们定义的一个string类的迭代器(string::iterator是类型),现阶段呢,大家可以认为迭代器是一个像指针一样的东西(不一定是指针)
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这里的begin,会返回指向字符串第一个字符的迭代器
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第37张图片
这里的end会返回指向最后一个字符后面位置的迭代器
我们可以理解成这样两个位置的指针:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第38张图片

2.3.6 反向迭代器

迭代器除了像上面那样支持正向从前向后遍历,也支持反向遍历,反向遍历的叫做反向迭代器。

这里是引用

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第39张图片
这里的rbegin()返回指向字符串最后一个字符的反向迭代器
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第40张图片
这里的rend()返回一个反向迭代器,迭代器指向字符串第一个字符的前一个

下面我们再来看之前的例子:

int main()
{
	string s1("hello world");
	string::reverse_iterator it = s1.rbegin();
	while (it != s1.rend())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	return 0;
}

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第41张图片

2.3.7const迭代器(正向&反向)

对于const对象不能被修改,那么普通迭代器可以认为它是一个像指针一样的东西,那我们对它解引用就不可以修改它,所以这里我们就不能用普通迭代器,会造成权限放大
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第42张图片
我们看到begin(),如果是const对象调用begin,那么返回的是const迭代器const_iterator,普通迭代器可以读改数据,但是const迭代器就只能读,不能修改

const反向迭代器就是const对象调用rbegin()rend()返回的迭代器const_reverse_iterator
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【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第44张图片

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第45张图片
这里C++11又提供了一套迭代器cbegin cend crbegin crend,它们只返回const迭代器。

2.3.8 元素访问

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第46张图片

string是重载了[]的,我们可以直接用:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第47张图片

operator[]也是有普通版本和const版本的,普通对象调[]就返回char& const对象就返回const char&,不能修改。
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第48张图片

at作用跟[]是一样的。但是呢,它们两个还是有区别的,区别在于:
[]如果越界访问的话是直接报错的,它内部是断言去判断的。at是抛异常
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第49张图片

backfront作用是返回最后一个和第一个字符,但是这个我们用[]就能搞定,所以大家简单了解一下就行了。

2.3.9 inserterase

使用insert我们可以向string对象中插入字符和字符串:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第50张图片
这里insert提供了好几个版本,我们只需要掌握几个常用的就好。
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第51张图片
现在我们想在world前面插入一个字符串hello,我们就可以考虑用这个:
在这里插入图片描述
第一个参数是插入的位置,第二个是插入的字符串
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第52张图片
现在我们想在第五个位置插入1个空格可以用这个:
在这里插入图片描述
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第53张图片

我们还可以考虑使用迭代器:
在这里插入图片描述
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第54张图片

注意: 对于string来说,我们不推荐频繁使用insert。因为string底层是字符数组,那我们学过数据结构知道在顺序表里插入元素需要要挪动数据,效率是比较低的

我们再来看一下erase
erase是删除string对象里的元素。
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第55张图片

举个简单的例子:

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第56张图片
现在我们可以利用erase删除后面的空格:
在这里插入图片描述
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第57张图片

2.3.10 replace、find、rfind、substr

我们来看一下replace:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第58张图片
replace作用其实就是把字符串的一部分替换成新的内容。这里我们同样挑常用的讲解。

我们举个例子:

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第59张图片
现在我们要把s里的空格替换成“hhh”:
在这里插入图片描述
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第60张图片

我们再看一下find:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第61张图片
find可以在字符串里查找字串或者字符,返回对应的下标。找不到返回npos

再来举个例子:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第62张图片
现在想在s里查找“w”:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第63张图片

我们再来看rfind:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第64张图片
find是从前往后找第一个匹配项,rfind是从后往前找倒数第一个匹配项

我们再来看substr:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第65张图片
substr可以帮助我们获取string对象中指定的一个子串。
举个例子:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第66张图片
这里我们获取了第六个位置开始长度为五的子串。

2.3.11 string::swap

【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第67张图片
和标准库里的swap不同的是,这里的swap接收一个string对象,与当前对象进行交换
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第68张图片

2.3.12 c_str

我们再来看一下c_str:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第69张图片
它的作用是返回一个指向当前string对象对应的字符数组的指针,类型为const char*。
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第70张图片

2.3.13 getline

我们举个例子:

int main()
{
	string s;
	cin >> s;
	cout << s << endl;
	return 0;
}

现在我想输入hello world 能正常输出吗?
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第71张图片
这里的cin,我们在用它们输入的时候是有可能输入多个值的,那当我们输入多个值的时候,它们默认是以空格或者换行来区分我们输入的多个值的。
所以我们这里输入的hello world,会被认为是两个值以空格分隔开,所以cin值读到了空格前面的hello,后面的world就被留在缓冲区了。

我们可以用getline解决这种问题:
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第72张图片
getline它读取到空格才结束,当然它还支持我们自己指定结束符。第一个参数就是接收cin,第二个参数接收我们要输入的string对象
【C++入门】string类常用方法(万字详解)_第73张图片

2.4 总结

这里关于string的常用接口就讲的差不多了,这里string的接口很多,如果后面有遇到不清楚的这里建议大家去阅读官方文档 string

你可能感兴趣的:(STL标准模版库,C++,c++,开发语言,算法,c语言,数据结构)