C++标准模板库 STL——string的使用以及模拟实现

前言

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。

STL的六大组件
C++标准模板库 STL——string的使用以及模拟实现_第1张图片

为什么学习string类?
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。

目录

1.string类
2.string类的常用接口说明
3.模拟实现string

1.string类

  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(即作为它的字符类型,使用它的默认char_traits和分配器类型(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。
    总结:
  6. string是表示字符串的字符串类
  7. 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。
  8. string在底层实际是:basic_string模板类的别名,typedef basic_stringstring;
  9. 不能操作多字节或者变长字符的序列。
    在使用string类时,必须包含#include头文件以及using namespace std;

2.string 类的常用接口说明

2.1string类对象的常见构造
constructor 功能说明
string() 构造空的string 对象,即空字符串
string (const char * str) 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

代码测试

#include 
#include
using namespace std;

//string类的常用接口测试

void test_string()
{
	string s1("");//空字符串
	cout << s1 << endl;
	string s2("hello world");//用C-string来构造string类对象
	cout << s2 << endl;
	string s3(8, '*');  //string 类对象中包含n个字符c
	cout << s3 << endl;

	string s4(s3);//拷贝构造函数
	cout << s4 << endl;
}


int main()
{

	test_string();
	return 0;
}

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2.2 string 类的容量操作
函数名称 功能说明
size 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 检测字符串释放为空串,是返回true,否则返回false
clear 清空有效字符
reserve 为字符串预留空间
resize 将有效字符的个数该成n个,多出的空间用字符c填充
  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()。

代码测试:

void test_string3()
{
	string s1;
	s1.resize(15, '*');
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.length() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	cout << s1 << endl;

	s1.resize(20, '#');
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.length() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	cout << s1 << endl;

	string s2;
	s2.resize(15, '&');
	cout << s2.size() << endl;
	cout << s2.length() << endl;
	cout << s2.capacity() << endl;
	cout << s2 << endl;

	s2[0]++;
	s2.at(0)++;
	cout << s2 << endl;
}

运行结果:
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  1. clear()只是将string中有效字符清空,不改变底层空间大小。
    代码测试:
void test_stringClear()
{
	string s("hello world");
	cout << s << endl;
	s.clear();
	cout << s << endl;
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;

}

运行结果:
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  1. 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。

代码测试:

void test_stringResize()
{
	string s1;
	s1.resize(15, '*');
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.length() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	cout << s1 << endl;

	s1.resize(20, '#');
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.length() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	cout << s1 << endl;

	string s2;
	s2.resize(15, '&');
	cout << s2.size() << endl;
	cout << s2.length() << endl;
	cout << s2.capacity() << endl;
	cout << s2 << endl;

	s2[0]++;
	s2.at(0)++;
	cout << s2 << endl;
}

运行结果:
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  1. 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。

代码测试:

void test_stringReserve()
{
	string s;
	s.reserve(100);

	size_t old = s.capacity();
	cout << "初始:" << s.capacity() << endl;
	for (size_t i = 0; i < 100; i++)
	{
		s.push_back('m');
		if (s.capacity() != old)
		{

			cout << "扩容:" << s.capacity() << endl;
			old = s.capacity();
		}
	}

	s.reserve(10);
	cout << s.capacity() << endl;
}

运行结果:
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2.3 string类对象的访问及遍历操作
函数名称 功能说明
operator[ ] 返回pos位置的字符,const string类对象调用
begin() , end() begin获取第一个字符的迭代器 + 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

代码测试

void test_stringFor()
{
	string s1("hello world");
	string s2 = "hello world";

	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i];
	}
	cout << endl;

	string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
	while (rit != s1.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;
	}
	cout << endl;

	for (auto ch : s1)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
}

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2.4 string类对象的修改操作
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+= 在字符串后追加字符串str
c_str 返回C格式字符串
find + npos 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

代码测试

void test_string5()
{
	string s1("test.cpp.tar.zip");
	//size_t i = s1.find('.');
	size_t i = s1.rfind('.');
	string s2 = s1.substr(i);
	cout << s2 << endl;


	//string s3("https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rfind/");
	string s3("https://cn.bing.com/search?pglt=41&q=baidu&cvid=b6332837d8f642d1befbdeeaae18733b&aqs=edge..69i57j0l8.1965j0j1&FORM=ANSPA1&PC=EDGEDBB");
	string s4;
	string s5;
	string s6;
	size_t j = s3.find(':');


	if (j != string::npos)
		s4 = s3.substr(0, j);
	else
		cout << "没有找到" << endl;

	size_t m = s3.find('/', j + 3);

	if (m != string::npos)
		s5 = s3.substr(j + 3, m - (j + 3));
	else
		cout << "没有找到" << endl;

	s6 = s3.substr(m);

	cout << s4 << endl;
	cout << s5 << endl;
	cout << s6 << endl;
}

运行结果:
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3.模拟实现string

string.h

#pragma once
#include 
namespace xiaobai
{
	class string
	{
	public:

		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}

		char& operator[](size_t n)
		{
			assert(n < _size);
			return _str[n];
		}

		const char& operator[](size_t n) const
		{
			assert(n < _size);
			return _str[n];
		}

		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
			, _capacity(_size)
		{
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

		void reserve(size_t n)
		{

			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;

				_str = tmp;
				_capacity = n;

			}
		}

		void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}

			_str[_size] = ch;
			_size++;
			_str[_size] = '\0';

		}

		void append(const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;

		}

		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}


		// 在pos位置上插入字符c/字符串str,并返回该字符的位置

		string& insert(size_t pos, char c)
		{
			assert(pos <= _size);
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}

			size_t end = _size + 1;

			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - 1];
				end--;
			}

			_str[pos] = c;
			_size++;

			return *this;

		}

		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			assert(pos <= _size);
			
			size_t len = strlen(str);
			size_t end = _size +len +1;
			if (end> _capacity)
			{
				reserve(end);
			}
			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - strlen(str)-1];
				end--;
			}

			// 拷贝插入
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;
			return *this;

		}

		string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			if (len == npos || pos + len >= _size)    //pos开始到结尾都要删除
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				memmove(_str + pos, _str + pos + len, len);
				_size -= len;
			}
			return *this;
		}

		bool operator<(const string& s) const
		{
			return strcmp(_str, s._str) < 0;
		}

		bool operator<=(const string& s) const
		{
			return (*this < s)||(*this==s);
		}

		bool operator>(const string& s) const
		{
			return !(*this <= s);
		}

		bool operator>=(const string& s) const
		{
			return !(*this < s);
		}

		bool operator==(const string& s) const
		{
			return strcmp(_str, s._str) == 0;
		}

		bool operator!=(const string& s) const
		{
			return (!(*this == s));
		}



		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

	private:
		char* _str;
		size_t  _size;
		size_t _capacity;
		const static size_t npos;
	};

	const size_t string::npos = -1;

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& str)
	{
		for (auto ch : str)
		{
			out << ch;
		}

		return out;
	}

	istream& operator>>(istream& in,string& str)
	{
		str.clear();
		char ch;
		ch = in.get();
		str.reserve(128);
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			if (str.size() == str.capacity())
			{
				str.reserve(str.capacity() * 2);
			}
			str += ch;
		}


		return in;
	}

	void test_string1()
	{
		string str1("hello world");
		cout << str1.c_str()<< endl;

		for (size_t i = 0; i < str1.size(); i++)
		{
			cout << str1[i] << " ";
		}
		cout << endl;

		string::iterator it = str1.begin();
		while (it != str1.end())
		{
			cout << *it << " ";
			it++;

		}
		cout << endl;


		for (auto ch : str1)
		{
			cout << ch << " ";

		}
		cout << endl;


	}

	void test_string2()
	{
		string s1("hello world");
		cout << s1.c_str() << endl;
		s1.push_back(' ');
		s1.append("hello bit");
		s1 += '#';
		s1 += "hello linux";
		cout << s1.c_str() << endl;
	}

	void test_string3()
	{
		string s1("hello bit!");
		cout<<s1.insert(5, '#')<<endl;
		cout << s1 << endl;
		cout << s1.insert(3, "hello xiaobai") << endl;
		cout << s1 << endl;
		cout<<s1.erase(2)<<endl;
		cout << s1 << endl;
		cout << (s1 > "hello world") << endl;
		cout << (s1 < "hello world") << endl;
		cout << (s1 <= "hello world") << endl;
		cout << (s1 >= "hello world") << endl;
		cout << (s1 == "hello world") << endl;
		cout << (s1 != "hello world") << endl;
		cout << s1.insert(1,'#')<<endl;
		cout << s1 << endl;
	}
}

test.cpp

#include
#include
#include
#include

using namespace std;
#include"string.h"


int main()
{
	//xiaobai::test_string1();
	//xiaobai::test_string2();
	xiaobai::test_string3();
	return 0;
}

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