C++初阶-string的使用

一、为什么学习string类

1.1 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。

二、标准库中的string类

2.1 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。
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。
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：

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

2.2 string类的常见接口说明

2.2.1 string类对象的常见构造

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

int main()
{
	string s1;   //定义无参
	string s2("hello world");   //带参可以用const char*的常量字符串初始化
	string s3 = "hello world";  //类型转换（const char*转换成 string）  构造+拷贝构造 -优化成->构造
	string s4(s3, 6, 3);        //从第6个位置开始取3个字符
	cout << s4 << endl;

	string s5(s3, 6, 13);   //如果字符长度小于要取的字符就直接取到结尾,最后一个参数不给的话也默认取到结尾
	cout << s5 << endl;

	string s7("hello world", 5); //用字符串的前5个字符去构造
	cout << s7 << endl;

	string s8(10, '*');       //在string中填10个*
	cout << s8 << endl;


	for (size_t i = 0; i < s2.size(); ++i)    //[]可以读可以写  size是字符的长度
	{
		s2[i]++;
	}
	cout << s2 << endl;   //重载了流插入和流提取

	for (size_t i = 0; i < s2.size(); ++i)
	{
		cout << s2[i] << " ";
	}
	return 0;
}

2.2.2 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）	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充
insert	插入字符
erase	删除字符
replace	替换字符
find	查找字符

int main()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1.size() << endl;  //求长度  后出现
	cout << s1.length() << endl;//求长度  先出现
	cout << s1.max_size() << endl; //求最大值  实际中没有太大的参考价值
	cout << s1.capacity() << endl; //求字符串容量的大小 （不包含\0）

	//扩容
	string s1("hello world");
	s1.reserve(100);
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;

	//扩容+初始化
	string s2("hello world");
	s2.resize(100,'x');
	cout << s2 << endl;
	cout << s2.size() << endl;
	cout << s2.capacity() << endl;

	//比size小，删除数据，保留前5个  不会改变capacity
	s2.resize(5);
	cout << s2.size() << endl;
	cout << s2.capacity() << endl;
	
	return 0;
}

int main()
{
	string s1("world");
	s1.insert(0, "hello");    //在0这个位置插入一个字符串
	cout << s1 << endl;

	s1.insert(5, 1, ' ');   //在5这个位置插入一个空格
	cout << s1 << endl;
	s1.insert(5, " ");
	cout << s1 << endl;
	s1.insert(s1.begin() + 5, ' ');
	cout << s1 << endl;

	string s2("hello world");
	s2.erase(5, 1);   //从第5个位置开始删除，删一个字符
	s2.erase(s2.begin() + 5);
	cout << s2 << endl;

	s2.erase(5, 30);  //如果要删除的字符个数大于字符个数就有多少删多少
	s2.erase(5);
	cout << s2 << endl;
}

int main()
{
	string s1("hello world");
	s1.replace(5, 1, "%%d");  //从第5个位置开始的一个字符替换为%%d
	cout << s1 << endl;
	
	size_t pos = s1.find(' ');
	while (pos != string::npos)
	{
		s1.replace(pos, 1, "%20");   //将pos位置的1个字符替换为%20
		pos = s1.find(' ', pos + 3);
	}
	cout << s1 << endl;
}

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。

2.2.3 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++支持更简介的范围for的新遍历方式

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

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

	string::const_iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		//*it+=1;
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	string::const_reverse_iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		//*it+=1;
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

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

	return 0;
}

2.2.4 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+=(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
find_first_of	从前往后找任意包含字符串中的字符，返回那个字符的下标，否则返回npos
find_last_of	从后往前找任意包含字符串中的字符，返回那个字符的下标，否则返回npos

int main()
{
	string s1("hello");
	s1.push_back(' ');//在后面插入字符
	s1.push_back('!');
	cout << s1 << endl;

	s1.append("world");//在后面插入一个字符串
	cout << s1 << endl;

	s1 += ' ';  //+=运算符重载  后面可以跟字符或者字符串
	s1 += '!';
	s1 += "world";
	cout << s1 << endl;
	return 0;
}

int main()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1 << endl;
	cout << s1.c_str() << endl;
}

int main()
{
	string file("string.cpp.tar.zip");
	size_t pos = file.rfind(".");
	if (pos != string::npos)
	{
		string suffix = file.substr(pos,file.size() - pos);
		string suffix = file.substr(pos);
		cout << suffix << endl;
	}

	return 0;
}

int main()
{
	std::string str("Please, replace the vowels in this sentence by asterisks.");
	std::size_t found = str.find_first_of("abcdv");
	while (found != std::string::npos)
	{
		str[found] = '*';
		found = str.find_first_of("abcdv", found + 1);
	}
	std::cout << str << '\n';

	string s1("hello world");
	string s2("hello world");
	s1 == s2;
	s1 == "hello world";
	"hello world" == s1;

	return 0;
}

注意：

1. 在string尾部追加字符时，s.push_back© / 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。

2.2.5 string类非成员函数

函数名称	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

2.2.6 vs和g++下string结构的说明

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：
1.当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
2.当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间
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：
1.空间总大小
2.字符串有效长度
3.引用计数
4.指向堆空间的指针，用来存储字符串。