C++：string类的介绍与使用方法

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为什么学习string类?

C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。

在做面试题中

在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。

标准库中的string类

专门用来管理字符串的动态类型的顺序表

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作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和配置器类型(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。

要点总结:

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_stringstring;

4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

使用string类时，必须包含头文件以及using namespace std;

string类的常用接口说明

string类对象的常见构造

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)	拷贝构造函数
string(const string&s, size_t n)	用s中的前n个字符构造新的string类对象

代码示例：

#include 
using namespace std;

//C++中 string 为什么不引用string头文件还可以用
//string头文件基本上已经包含在iostream中,std命名空间包括std::string

int main()
{
    string s1;              // 构造空的string类对象s1
    string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
    string s3(10, 'a');     // 用10个字符'a'构造string类对象s3
    string s4(s2);          // 拷贝构造s4
    string s5(s3, 5);       // 用s3中前5个字符构造string对象s5

	cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;
    cout << s3 << endl;
    cout << s4 << endl;
    cout << s5 << endl;

	return 0;
}

代码生成图：

string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size_t size() const	返回字符串有效字符长度
size_t length() const	返回字符串有效字符长度
size_t capacity ( ) const	返回空间总大小（容量是16的倍数-1，容量只会增大不会缩小）
bool empty ( ) const	检测字符串释放为空串，是返回true（1），否则返回false（0）
void clear()	清空有效字符
void resize ( size_t n, char c )	将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充
void resize ( size_t n )	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用0填充
void reserve ( size_t res_arg=0 )	为字符串预留空间（只会向大调整，为了避免频繁扩容导致的效率损失）

代码示例：

#include 
using namespace std;

int main() {
    // string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出 
    string s("hello, bit!!!");
    cout << s.length() << endl;     // 13
    cout << s.size() << endl;       // 13
    cout << s.capacity() << endl;   // 15
    cout << s << endl;              // hello, bit!!!
    
    // 将s中的字符串清空，注意清空时只是将size清0，不改变底层空间的大小 
    s.clear();
    cout << s.size() << endl;       // 0
    cout << s.capacity() << endl;   // 15
    
    // 将s中有效字符个数增加到10个，多出位置用'a'进行填充 // “aaaaaaaaaa”
    s.resize(10, 'a');
    cout << s.size() << endl;       // 10
    cout << s.capacity() << endl;   // 15
    
    // 将s中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行填充 
    // "aaaaaaaaaa\0\0\0\0\0"
    // 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个
    s.resize(15);
    cout << s.size() << endl;       // 15
    cout << s.capacity() << endl;   // 15
    cout << s << endl;              // aaaaaaaaaa
    
    // 将s中有效字符个数缩小到5个 
    s.resize(5);
    cout << s.size() << endl;       // 5
    cout << s.capacity() << endl;   // 15
    cout << s << endl;              // aaaaa

	return 0;
}

#include 
using namespace std;

int main() {
	string s;
	// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数 
	s.reserve(100);
	cout << s.size() << endl;		// 0
	cout << s.capacity() << endl;	// 111(16n - 1)
	
	// 测试reserve参数小于string的底层空间大小时，是否会将空间缩小 
	s.reserve(50);
	cout << s.size() << endl;		// 0
	cout << s.capacity() << endl;	// 111

	return 0;
}

要点总结：

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类对象的访问操作

函数名称	功能说明
char& operator[] ( size_t pos )	返回pos位置的字符，非const string类对象调用
const char& operator[] ( size_t pos ) const	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	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
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

代码示例：

#include 
using namespace std;

int main()
{
    string s1("hello Bit");
    const string s2("Hello Bit");
    cout << s1 << " " << s2 << endl;    //hello Bit Hello Bit
    cout << s1[0] << " " << s2[0] << endl;//h H
    s1[0] = 'H';
    
    for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
    {
          cout << s1[i];    //Hello Bit
    }
    s2[0] = 'h'; //代码编译失败，因为const类型对象不能修改 

    return 0;
}

string类对象的修改操作

函数名称	功能说明
void push_back(char c)	在字符串后尾插字符c
string& append (const char* s);	在字符串后追加一个字符串
string& operator+=(const string& str)	在字符串后追加字符串str
string& operator+=(const char* s)	把c类型字符串s连接到当前字符串结尾
string& operator+=(char c)	在字符串后追加字符c
const char* c_str( )const	返回C格式字符串
size_t find (char c, size_t pos = 0)const	从字符串pos位置开始往后找字符c（字符串），返回该字符（字符串）在字符串中的位置
size_t rfind(char c, size_t pos = npos)	从字符串pos位置开始往前找字符c（字符串），返回该字符（字符串）在字符串中的位置
string substr(size_t pos = 0, size_t n = npos)const	在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

代码示例：

#include 
using namespace std;

int main() {
	string str;
	str.push_back(' '); // 在str后插入空格 
	str.append("hello"); // 在str后追加一个字符"hello" 
	str += 'b'; // 在str后追加一个字符'b'
	str += "it"; // 在str后追加一个字符串"it" 
	cout<<str<<endl;
	cout << str.c_str() << endl; // 以C语言的方式打印字符串

	cout << str.find('l') << endl;
	int pos = str.find('l');
	cout << str.find('l', pos + 1) << endl;	//	缺省参数在这的作用是，从pos+1位置开始找的第一个
	cout << str.find("llgg", 0, 3) << endl;	//	第二个缺省参数限制的是前面字符串查找的长度

	cout << str.rfind('b') << endl;
	cout << str.rfind('b', 5) << endl;	//返回4294967295
	cout << str.substr(1, 5) << endl;

	return 0;
}

代码生成图

要点总结:

1. 在string尾部追加字符时，s.push_back( c ) / 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。

3. 缺省参数：从什么位置开始找。
   找到了返回下标，找不到返回 -1 。但是，由于返回值的类型是 unsigned类型，所以打印出来就成了4294967295

string类非成员函数

函数	功能说明
operator+	尽量少用，因为效率低
operator>>	输入运算符重载
operator<<	输出运算符重载
getline	获取一行字符串
relational operators	大小比较

要点总结:

• operator+的重载不是 string 容器的成员。operator+= 才是
• getline 是为了解决 cin 输入字符串碰到空格就停的问题，getline 只有碰到回车才会停

string 迭代器失效与扩容机制

与vector相同

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