C++:string类！

 C++string 是C++中的字符串。 字符串对象是一种特殊类型的容器，专门设计来操作的字符序列。 不像传统的c-strings,只是在数组中的一个字符序列，我们称之为字符数组，而C++字符串对象属于一个类，这个类有很多内置的特点，在操作方式，更直观，另外还有很多有用的成员函数。

目录

1.标准库中的string类

1.1 string类(了解)

1.2 string类的常用接口说明（注意下面我只讲解最常用的接口）

2. string模拟实现

2.1 经典的string类问题

2.2 浅拷贝

2.3 深拷贝

2.3.1 传统版写法与现代法的String类

2.4 写时拷贝(了解)

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1.标准库中的string类

1.1 string类(了解)

在学习string类时，查阅文档是很重要的，函数接口都有详细介绍，下面是C++官网上string的参考 

string类的文档介绍

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)。
4. 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：

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

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

1.2 string类的常用接口说明（注意下面我只讲解最常用的接口）

1. string类对象的常见构造

(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

void Teststring()
{
    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(s2); // 拷贝构造s3
}

2. string类对象的容量操作

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

注意：

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

参考： 

void test_string7()
{
	string s("hello world");
	cout << s.capacity() << endl;//最开始capacity是15 ,后面还有一个'\0'
	cout << s.size() << endl;//11

	//s.resize(13);//不给实际值，会将多出的补'\0'
	//cout << s << endl;
	//cout << s.size() << endl;
	
	//s.resize(13,'x');//原有数据不变，后面补'x'
	s.resize(20,'x');//大于原有的capacity会扩容
	cout << s << endl;
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	

	s.resize(5);//小于原有的size,会删除后面的数据
	cout << s << endl;
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;


	//at 与 operator[] 类似，但at越界只会抛异常，【】会断言终止程序
	//s.at(0);
	//s[0];
}

3.string类对象的访问及遍历操作

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
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

 参考：

void test_string2()
{
	string s1("hello world");
	string s2 = "hello world";//先构造，再拷贝构造，编译器优化为一步构造。

	//遍历string
	//读
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	//写		
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		s1[i]++;
	}
	cout << s1 << endl;


	//迭代器  行为上像指针
	string::iterator it = s2.begin();
	//s2.end()是指向有效字符的下一位，'\0'
	//while(it < s2.end()) //这里可以，但不建议。因为这里物理空间是连续的，链表等不是连续的
	while (it != s2.end())
	{
		//读
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	it = s2.begin();
	while (it != s2.end())
	{
		//写
		*it = 'a';
		it++;
	}
	cout << s2 << endl;

}

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+= (重点)	在字符串后追加字符串str
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

注意：

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. npos是const静态成员变量, const static size_t npos = -1；size_t中-1会当作无符号处理，就是无符号整形最大值。

void test_string11()
{
	string s1("test.c.tar.zip");
	//size_t i = s1.find('.');
	//cout << i << endl;
	size_t i = s1.rfind('.');
	cout << i << endl;

	string s2 = s1.substr(i);//取后面的数据
	cout << s2 << endl;

	string s3("https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rfind/");
	//取协议
	//域名
	//资源名
	string sub1, sub2, sub3;
	size_t i1 = s3.find(':');
	if (i1 != string::npos)//没有找到,i1 等于静态成员变量npose
		sub1 = s3.substr(0, i1);

	size_t i2 = s3.find('/', i1 + 3);
	if (i2 != string::npos)
		sub2 = s3.substr(i1+3, i2-i1-3);

	sub3 = s3.substr(i2+1);

	cout << sub1 << endl;
	cout << sub2 << endl;
	cout << sub3 << endl;
}

5.string类非成员函数

函数	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

上面的几个接口大家了解一下，下面的OJ题目中会有一些体现他们的使用。string类中还有一些其他的操作，这里不一一列举，大家在需要用到时不明白了查文档即可。

6. vs和g++下string结构的说明

注意：下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节。

vs下string的结构：

string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字
符串的存储空间：

• 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
• 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间

union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger one
    value_type _Buf[_BUF_SIZE];
    pointer _Ptr;
    char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内
部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。

其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量

最后：还有一个指针做一些其他事情。

故总共占16+4+4+4=28个字节。

g++下string的结构

G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：

• 空间总大小
• 字符串有效长度
• 引用计数

  struct _Rep_base
  {
      size_type _M_length;
      size_type _M_capacity;
      _Atomic_word _M_refcount;
  };

• 指向堆空间的指针，用来存储字符串。字符串跟在最后面，与柔性数组有些相似。

2. string模拟实现

2.1 经典的string类问题

上面已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让学生自己来模拟实现string类，最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。大家看下以下string类的实现是否有问题？

// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:
    /*String()
    :_str(new char[1])
    {*_str = '\0';}
        */
    //String(const char* str = "\0") 错误示范
    //String(const char* str = nullptr) 错误示范
    String(const char* str = "")
    {
        // 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
        if (nullptr == str)
        {
            assert(false);
            return;
        }
    _str = new char[strlen(str) + 1];
    strcpy(_str, str);
    }
    ~String()
    {
        if (_str)
        {
            delete[] _str;
            _str = nullptr;
        }
    }
    private:
    char* _str;
}
// 测试
void TestString() //这里会出现浅拷贝的错误
{
    String s1("hello xlh!!!");
    String s2(s1);
}

说明：上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

2.2 浅拷贝

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

就像一个家庭中有两个孩子，但父母只买了一份玩具，两个孩子愿意一块玩，则万事大吉，万一不想分享就你争我夺，玩具损坏。

可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。父母给每个孩子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了

2.3 深拷贝

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。

2.3.1 传统版写法与现代法的String类

class string
	{
	public:
        //构造函数
		string(const char* str = "")//后面会有一个'\0'
			:_size(strlen(str))//初始化列表按成员声明顺序执行
			, _capacity(_size)
			,_str(new char[strlen(str)+1])
		{
			strcpy(_str, str);
		}
        
        void swap(string& s)
		{
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}
        //拷贝构造函数
		//传统写法
		/*string(const string& str)
		{
			_size = str._size;
			_capacity = str._capacity;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str._str);

		}*/

		string(const string& str)
			:_size(0)
			, _capacity(0)
			,_str(nullptr)
		{
			string tmp(str._str);//调用构造函数
			swap(tmp);
		}
        //赋值运算符重载
		//传统写法
		//string& operator=(const string& str)
		//{
		//	if(this != &str)
		//	{
		//		/*reserve(str._size);
		//		strcpy(_str, str._str);
		//		_size = str._size;
		//		return *this;*/

		//		char* tmp = new char[str._capacity + 1];
		//		strcpy(tmp, str._str);
		//		delete[] _str;

		//		_str = tmp;
		//		_size = str._size;
		//		_capacity = str._capacity;
		//		return *this;
		//	}
		//}

		//现代写法
		//string& operator=(const string& str)
		//{
		//	if (this != &str)
		//	{
		//		string tmp(str);//调用拷贝构造
		//		//string tmp(str._str);//也可以调用构造函数
		//		//this->swap(tmp);
		//		swap(tmp);//tmp最后会释放原来this的空间
		//	}
		//	return *this;
		//}

		//极致的现代写法
		string& operator=(string tmp)
		{
			swap(tmp);
			return *this;
		}
        //析构函数
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}

    private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;

		const static size_t npos;
		//静态成员变量，不走初始化列表，静态成员变量不能给缺省值
		//const 静态 整形 可以
		//const size_t string::npos = -1;//特例
};

2.4 写时拷贝(了解)

写时拷贝就是一种拖延症，是g++采用的一种方式，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。

引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。

其他函数的模拟实现可以在看我gitte上看：代码链接

本篇结束！