【C++】String类基本接口介绍及模拟实现（多看英文文档）

string目录

 如果你很赶时间，那么就直接看我本标题下的内容即可！！

一、STL简介

1.1什么是STL

1.2STL版本

1.3STL六大组件

1.4STL重要性

1.5如何学习STL

二、什么是string？？（本质上是一个类）

三、string的类模板（什么？string居然利用了模板？？）

三、string的三种构造（拷贝构造也是构造奥）

四、stirng的三种遍历方式

4.1 [ ] + 下标（operator[ ]的重载函数）

4.2基于范围for循环（C++11语法糖） 

4.3迭代器遍历

五、string的迭代器（迭代器是一个类，封装了指针，模拟了指针的操作）

5.1begin接口和end接口

5.2const迭代器

5.3迭代器和指针的区别

六、string之capacity（resize，reserve，clear）8

6.1resize（Resizes the string to a length of n characters） 

6.2reserve预留空间（一般用于扩容）（不会改变size）

6.3clear（清空字符串）

七、string之Element Access（元素访问）

八、string之modify（+=，append，insert，erase，swap）

8.1operator+=（最牛逼的尾插）

8.2append（尾部追加数据，但是没有+=牛逼）

8.3insert（任意位置插入）（一般不用，浪费时间）

8.4erase（任意位置删除）

8.5 swap（是一个参数，和平常见到的普通的不一样）

九、string之operation操作函数（c_str,find,,substr）

9.1c_str（为了使得C++与C语言之间有接口，算是大使馆）

9.2find（查找字符串，里面也有npos）

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 如果你很赶时间，那么就直接看我本标题下的内容即可！！

当然，请看下面的列表，其中包含了C++中`std::string`类的常用成员函数和操作符，以及每个函数和操作符的简要描述和一个示例用法：

1. `begin`: 得到指向字符串开头的Iterator

std::string::iterator it = str.begin();

2. `end`: 得到指向字符串结尾的Iterator

std::string::iterator it_end = str.end();

3. `size` (或 `length`): 得到字符串的大小（capacity是返回字符串开辟空间的大小）

std::string str = "Hello";
std::cout << "Size: " << str.size() << std::endl;

4. `empty`: 判断是否为空

if (str.empty()) {
    std::cout << "String is empty." << std::endl;
}

5. `operator[]`: 取第n个元素，相当于数组

char firstChar = str[0];

6. `c_str`: 取得C风格的const char* 字符串

const char* cString = str.c_str();

7. `data`: 取得字符串内容地址

const char* data = str.data();

8. `operator+=`: 字符串尾插操作符

str1 += str2;

9. `find`: 查找子串在字符串中的位置

size_t found = str.find("World");

10. `substr`: 得到子串

std::string sub = str.substr(6, 5);

11. `compare`: 比较字符串

int result = str1.compare(str2);
if (result == 0) {
    std::cout << "Strings are equal." << std::endl;
}

12. `operator+`: 字符串链接

std::string result = str1 + str2;

13. `operator==`: 判断是否相等

if (str1 == str2) {
    std::cout << "Strings are equal." << std::endl;
}

14. `operator!=`: 判断是否不等于

if (str1 != str2) {
    std::cout << "Strings are not equal." << std::endl;
}

15. `operator<`: 判断是否小于

if (str1 < str2) {
    std::cout << "str1 is less than str2." << std::endl;
}

16. `insert`: 插入字符

str.insert(3, " inserted");

17. `resize`: 重新分配空间
   - 描述：`resize` 函数用于更改字符串的大小，可以增加或减小字符串的长度。如果新的大小大于当前大小，新元素将被默认初始化。（三种情况）

 std::string str = "Hello";
     str.resize(8); // 增加字符串大小
     std::cout << str << std::endl; // 输出 "Hello\0\0\0"
     
     str.resize(3); // 缩小字符串大小
     std::cout << str << std::endl; // 输出 "Hel"

18. `reserve`: 预留空间
   - 描述：`reserve` 函数用于预留字符串的存储空间，以避免在后续操作中重新分配内存。这对于减少动态内存分配的开销很有用。

 std::string str;
     str.reserve(100); // 预留至少能容纳100个字符的空间
     str = "Hello, World!"; // 不会触发重新分配内存

请注意，以上示例仅供参考

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一、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

1.2STL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六大组件

STL 共有容器、配接器、迭代器、空间配装器、算法、仿函数六大组件，其内部包含的具体内容如下：

1.4STL重要性

网上有句话说：“不懂STL，不要说你会C++”。STL是C++中的优秀作品，有了它的陪伴，许多底层的数据结构以及算法都不需要自己重新造轮子，直接使用即可，大大提高了解题和开发的效率；因此，STL 在笔试、面试以及工作中其都是一个被重点考察的对象

1.5如何学习STL

告诉大家一个英文文档的查询接口网站：cplusplus.com - The C++ Resources Network

(注：cplusplus 更新之后需要注册才能使用，我们可以点击右上角的 “Legacy version” 回到旧版，个人认为旧版的使用体验比新版要好)，因为 cplusplus 更适合初学者，我们学习STL过程中遇到的任何函数接口、函数参数等等方面的内容都可以在 cplusplus 上通过搜索解决

阅读优秀的C++书籍：C++是一门比较难的语言，其中的细节非常多，我现在偶尔也会看STL源码剖析

想要电子版的可以来私聊我！！

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二、什么是string？？（本质上是一个类）

C语言中，字符串是以’\0’结尾的若干个字符的集合，为了操作方便，C语言 string.h 头文件提供了一些系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不符合面向对象的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。

基于上面这些原因，C++标准库提供了 string 类，string 类中提供了各种函数接口，比如类的六个默认成员函数、字符串插入删除、运算符重载等等，我们可以使用 string 来实例化对象，然后通过 string 的各种接口来完成对该对象的各种操作

string 类的实现框架大概如下：

namespace std {
	template
	class string {
	public:
		// string 的各种成员函数
		
	private:
		T* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
		//string 的其他成员变量，比如npos
	};
}

注：严格来说 string 其实并不属于 STL，因为 string 出现的时间比 STL 要早（这也是为什么出现了.length(),和.size()俩个计算长度的原因），但是由于 string 的各种接口和 STL 中其他容器的接口非常类似，所以我们可以把 string 也当作 STL 的一种，放在一起学习

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三、string的类模板（什么？string居然利用了模板？？）

我们打开文档网址搜索string后会发现，string 其实是 basic_string 类模板使用字符类型 char 实例化得到的一个类（下面的英文一一定得耐着性子看完）

其实正是一个动态增长字符数组

那么什么是basic_string呢？？

basic_string 是一个可以使用任意字符类型来实例化的类模板：

实在看不懂，我还是利用了翻译软件，发现居然是泛化！！！你问我什么是泛化？快去看我的模板博客！！模板初阶

所以，我们平时使用的 string 本质上是 basic_string，我们不用自己显式实例化是因为 string 内部进行了 typedef：

typedef       basic_string     string 

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三、string的三种构造（拷贝构造也是构造奥）

string 提供了很多构造函数，我们只需要掌握其中最常用的几个就可以，其余的如果有需要再查询文档：（最常用的就是三个）

(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(constchar*s)（重点）	用C-string来构造string类对象
string(size_tn,charc)	string类对象中包含n个字符c
string(conststring&s)（重点）	拷贝构造函数

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四、stirng的三种遍历方式

4.1 [ ] + 下标（operator[ ]的重载函数）

我们现在先不介绍 [  ] 怎么使用，我们先对 [ ] 的重载实现和优点做一个深入了解

在数组中，我们也可以用[  ]进行数据访问，但是他对于越界读和越界写的边界感很模糊，以下是我们自己写的数组重载方括号函数：

T& operator[](int index) {
        // 使用assert检查越界
        assert(index >= 0 && index < size);
        return data[index];
    }

这样更加保证了C++语言的封装性，更好更优秀；在string库中，也对方括号进行了重载

string中方括号的重载与上方类似，就是把assert的范围改成以下即可

index >= 0 && index < data.size()

 总的来说，我们利用 [ ] 遍历访问的方式如下：

void test_string2()
{
	string s1("1234");
	//需求:让对象s1里面的每个字符都加1

	//如果要让字符串的每个字符都加1，肯定离不开遍历，下面学习三种遍历string的方式。
	//1.下标 + []
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		s1[i]++;//本质上
	}
	cout << s1 << endl;//GB2312兼容ascll编码，所以++后的结果为2345.
}

4.2基于范围for循环（C++11语法糖） 

void test_string2()
{
	//2.范围for
	for (auto& ch : s1)//自动推导s1数组的每个元素后，用元素的引用作为迭代变量，通过引用达到修改s1数组元素的目的。
	{
		ch++;
	}
	cout << s1 << endl;
	//在上面这种需求下，范围for看起来似乎更为方便	
}

以上俩张图片摘自小羊C++入门范围for的讲解中 

4.3迭代器遍历

[  ]只是一朝鲜，要想通用还得看我迭代器！

迭代器在使用的方式和行为上比较像指针，但是它和指针还是有区别的，它既有可能是指针，又有可能不是指针。在定义时要指定类域，譬如下面代码it1的定义，就需要指定类域里面的iterator类型。从下面代码可以看出，it1不仅可以访问而且还可以修改对象s1的内容。并且除string外，我们头疼的list也可以照常使用iterator，这也验证了iterator的普适性。

list lt;
	list::iterator ltit = lt.begin();
	while (ltit != lt.end())
	{
		cout << *ltit << " ";
		ltit++;
	}
	cout << endl;

所以我们在遍历字符串的时候，利用begin与end接口：

int main()
{
	string s1("i love gao_peng_yan");
	string::iterator it1=s1.begin();
	while(it1!=s1.end())
	{
		cout << *it1 ;
		it1++;//别忘了迭代器++，要不然走不后去
	}

	return 0;
}

迭代器这么重要的知识，放在遍历的小标题里可太委屈了，所以客官请往下看！！ 

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五、string的迭代器（迭代器是一个类，封装了指针，模拟了指针的操作）

Iterators 是C++中的迭代器，具有普适性，对于大多数容器都可以适用，大家可以把它当成指针来理解，当然，并不是所有迭代器的底层都是用指针实现的：

typedef char* iterator;  //简单理解string中的迭代器

实际代码写法：

string::iterator it1=s1.begin();//（it1的类型是属于string类域当中的）

函数名称	功能说明
begin()	返回一个指向字符串中第一个字符的迭代器
end()	返回一个指向字符串最后一个字符下一个位置(‘\0’)的迭代器
rbegin()	反向开始，返回一个指向字符串最后一个字符下一个位置(‘\0’)的迭代器
rend()	反向开始，返回一个指向字符串中第一个字符的迭代器

这里有一个end迭代器在哪里的误区，我画个图出来给大家看： 

5.1begin接口和end接口

在我们遍历的时候，我们需要用到接口begin与end 通过查阅文档，我么们发现他们的返回值都是迭代器。begin()会返回获取第一个字符的迭代器，end()会返回最后一个字符下一个位置的迭代器，一般情况下就是标识字符\0。其实在使用上就是类似于指针，解引用迭代器就可以获得相应的字符，然后就可以对字符进行操作。

所以我们在遍历字符串的时候，利用begin与end接口：

int main()
{
	string s1("i love gao_peng_yan");
	string::iterator it1=s1.begin();
	while(it1!=s1.end())
	{
		cout << *it1 ;
		it1++;//别忘了迭代器++，要不然走不后去
	}

	return 0;
}

5.2const迭代器

当我们在字符串前面加上const之后，我们发现的代码居然报错了，const对象使用了非const对象的迭代器，查阅文档发现，确实有const迭代器

 所以我们对代码进行修改：

嗷嗷通过！！！

小羊注：

const string::iterator it1=s1.begin();

string::const_iterator it1=s1.begin();

这俩种截然不同的写法：

对于第一个迭代器，意思是不修改迭代器的指向，但是我们一般都不这么写，因为迭代器本来就是要往后走的。

对于第二个迭代器，意思是不修改迭代器访问元素的内容。

5.3迭代器和指针的区别

迭代器（Iterator）和指针（Pointer）是两种不同的概念，尽管它们在某些方面有一些相似之处，但它们在不同的编程语境中使用，具有不同的特性和用途。以下是它们之间的主要区别：

1. 用途：
   - 迭代器：迭代器是一种抽象的数据访问方式，通常用于遍历集合（如数组、列表、映射等）中的元素，迭代器提供了一种通用的方式来访问集合中的元素，不需要了解底层数据结构。
   - 指针：指针是一种变量类型，它存储了内存中某个对象的地址。指针通常用于在低级语言（如C和C++）中进行内存操作，包括直接访问内存地址、动态分配内存等。

2. 安全性：
   - 迭代器：迭代器通常被设计为更安全的方式来遍历集合，因为它们提供了一些保护机制，以避免越界访问和内存错误。不同编程语言中的迭代器可能具有不同的安全性特性。
   - 指针：指针在低级语言中使用时，容易引发内存错误，如空指针引用、越界访问等问题。因此，使用指针需要更谨慎，需要程序员自行确保安全性。

3. 抽象程度：
   - 迭代器：迭代器提供了一种更高级别的抽象，隐藏了底层数据结构的细节。这使得代码更易读和维护，并且有助于降低程序中的错误。
   - 指针：指针是一种低级别的抽象，直接操作内存地址，需要程序员了解内存布局和数据结构的细节。

4. 语言相关性：
   - 迭代器：迭代器通常与高级编程语言（如Python、C#、Java等）一起使用，这些语言提供了内置的迭代器或集合遍历机制。
   - 指针：指针更常见于低级编程语言（如C和C++），这些语言直接支持内存操作，因此需要程序员更深入地了解计算机硬件和内存管理。

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六、string之capacity（resize，reserve，clear）8

string 中提供了一些对容量进行操作的函数：

函数名称	函数功能
size()	返回字符串的长度
capacity	返回字符串的容量
empty	判断字符串是否为空

注意：size和capacity是完全俩个不同的函数接口 

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6.1resize（Resizes the string to a length of n characters） 

resize 函数用来调整字符串大小，它一共分为三种情况：

• n 小于原字符串的 size，此时 resize 函数会将原字符串的 size 改为 n，也会改变字符串初始值，但不会改变 capacity
• n 大于原字符串的 size，但小于其 capacity，此时 resize 函数会将 size 后面的空间全部设置为字符 c
• n 大于原字符串的 capacity，此时 resize 函数会将原字符串扩容，然后将size 后面的空间全部设置为字符 c

情况一（发生截断）：

情况二（不扩容，但可以进行赋值）：

将string的size变成了13，但是并没有扩容

情况三（扩容，且进行赋值）：

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6.2reserve预留空间（一般用于扩容）（不会改变size）

reserve 用来扩容与预留空间，相当于C语言中的 realloc 函数，它分两种情况：

• n 大于原字符串的 capacity，此时 reserve 函数会将 capacity 扩容到 n；
• n 小于等于原字符串的 capacity，标准未规定是否要缩容 (VS下不缩容)；

string s1("xiao_yang");
    cout << s1.size() <

 小羊注：reserve 函数不会改变原字符串的 size 以及数据

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6.3clear（清空字符串）

clear 函数用来清空字符串，即将 size 改为0，至于是否会改变 capacity，标准也未规定：

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七、string之Element Access（元素访问）

string 提供了一些接口来获取字符串中的单个字符：

 operator[ ]（在上方string的遍历中已经有了详细讲解，这里再回顾回顾）

运算符重载的一种，我们可以通过 opetator[] 来获取与修改字符串中具体下标的字符：

这里虽然正确输出了，但是为什么箭头这里会有提示呢？？

通过查阅文档可知：[ ] 的参数是size_t 也就是unsigned int 所以这里写 int 是不合理的

八、string之modify（+=，append，insert，erase，swap）

string 提供了一些列用来修改字符串内容的函数：

8.1operator+=（最牛逼的尾插）

operator+= 是运算符重载的一种，用于向字符串尾插数据，支持尾插一个字符串、尾插一个字符数组以及尾插一个字符：

string s1("xiao_yang");
    string s2="   hehe   ";

    s1+=s2;cout << s1 << endl;
    s1+="abcabc";cout << s1 << endl;
    s1+='c';cout << s1 << endl;

8.2append（尾部追加数据，但是没有+=牛逼）

append 的功能和 operator+= 的功能类似，都是向字符串尾部追加数据：

8.3insert（任意位置插入）（一般不用，浪费时间）

insert 函数用于向在字符串的 pos 处插入数据：

#include 
#include 

int main() {
    std::string original_string = "Hello, world!";
    
    // 在字符串的指定位置插入字符或子字符串
    original_string.insert(7, "there, ");
    std::cout << original_string << std::endl;
    // 输出: "Hello, there, world!"

    // 在字符串的末尾插入字符或子字符串
    original_string.insert(original_string.length(), " How are you?");
    std::cout << original_string << std::endl;
    // 输出: "Hello, there, world! How are you?"

    // 在字符串的开头插入字符或子字符串
    original_string.insert(0, "Hi, ");
    std::cout << original_string << std::endl;
    // 输出: "Hi, Hello, there, world! How are you?"

    return 0;
}

8.4erase（任意位置删除）

erase 用来从 pos 位置开始向后删除 len 个字符：

  这里的npos是一个很有讲究的东西！

这里npos特殊就特殊在它的类型值是size_t 不是简单的int 在上方erase的第一个接口len后面，len 的缺省值是 npos，虽然 npos 的值为-1，但是 npos 是无符号数，所以 npos 其实是无符号整形的最大值；所以，如果我们不知道 len，那么 erase 函数会一直往后删除，直到遇到 ‘\0’

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8.5 swap（是一个参数，和平常见到的普通的不一样）

swap 函用于交换两个字符串的内容，包括指向的字符数组、有效数据个数以及容量大小：

string s1("dsjnaiodioasndosdaiosandsaoindsisdaoidnsaionds0asnisdanas");
    string s2;
    cout << "s1原来的size " << s1.size() << endl;
    cout << "s1原来的capacity " << s1.capacity() << endl;
    cout << "s2原来的size " << s2.size() << endl;
    cout << "s2原来的capacity " << s2.capacity() << endl;

    s1.swap(s2);
    cout << endl << endl << endl;
    cout << "s1交换后的size " << s1.size() << endl;
    cout << "s1交换后的capacity " << s1.capacity() << endl;
    cout << "s2交换后的size " << s2.size() << endl;
    cout << "s2交换后的capacity " << s2.capacity() << endl;

 

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九、string之operation操作函数（c_str,find,,substr）

string 提供了系列对 string 进行操作的函数：

9.1c_str（为了使得C++与C语言之间有接口，算是大使馆）

在某些场景中只支持对C形式的字符串，即字符数组进行操作，比如网络传输、fopen，而不支持对C++中的 string 对象进行操作，所以 string 提供了c_str，用于返回C形式的字符串：

#include
#include
using namespace std;
int main()
{
    string s1("haha");
    cout << strlen(s1.c_str()) << endl;
    return 0;
}

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9.2find（查找字符串，里面也有npos）

find 用于返回 一个字符或一个字符数组或一个string对象 在 string 中首次出现的位置，如果找不到就返回 npos：

rfind，findfirstof，substr，流插入重载，getline，模拟实现，未完待续...........

未

完

待

续

十。。。。（未完待续）