C++学习笔记——STL（标准模板库）

系列文章

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比喻与理解

1.比喻

打个比方，管理数据就是出行旅游，
在C语言里面就是自驾游（自己临时构建函数),要自己规划一切,易出错；
而C++里面就是跟旅游团（使用各种类），string类就像是一个品牌的旅游团，它与list、vector等其他品牌的旅游团想开业就必须满足一些需求，而STL就是一个需求清单，比如：餐饮,住宿,路线 等，不容易出错.

2. 理解

string和STL的关系

string是一种数据类型，而STL是一种标准。可以理解为：string是一个人，STL是他的手。
往后的文章我们也会提到list，vector等类型，它们都有STL这种标准，它们都可以通过STL去做相同的事情。
STL标准是给予编译者统一的某个操作结果，至于怎么实现的，不同的编译器和语言各有不同；

string类型的存在意义——集中实现符号信息的管理

实践过程中，我们需要管理各种符号信息（如数字和字符）并操作这些信息。在C++中，我们把每次输入的信息作为string类型给予编译器，进而生成一个个string类型的对象，这些对象类型可以调用各种专门为管理信息而制作的成员函数，我们就使用这些成员函数去管理信息。

即，string类型自带了一大堆专业的成员函数帮我们管理数据，我们就不用写函数去管理数据了。

ps. string的操作有一些特征：功能的界限划分非常分明。除了length和size有功能上包含交叉外，其他的操作在功能上都是没有包含和交叉的情况。

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STL

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。

STL在笔试和面试中都是重点考察项。

2. 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。

3. STL的六大组件

1. 仿函数
2. 算法
3. 迭代器
4. 空间配置器
5. 容器（数据结构）
6. 配接器（接口）

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string类

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（Object Oriented Programming面向对象编程）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。

2. 标准库中的string类

2.1 string类

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作为它的字符类型
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
4. string不能操作多字节或者变长字符的序列。
5. 在使用string类时，必须包含:

#include
using namespace std;

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

1. string() （重点）:构造空的string类对象，即空字符串
2. string(const char* s) :（重点） 用C-string来构造string类对象
   如下代码所示：
   string() ——构造一个空的string对象s1然后对其输入“123”；
   string(const char* s)——构造非空对象s2；

    string s1;
    string s2("hello");

    cin >> s1;
    cout << endl;

    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;

4. string(size_t n, char c) :string类对象中包含n个字符c

    string s2(3,'c');
    cout << s2 << endl;

5. string(const string&s) （重点）:拷贝构造函数—— string本身是一个类有各种默认构造
   如下代码演示，string调用拷贝构造：

    string s1("hello"); 
    string s2(s1);
    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;

2. string类对象的容量操作

1. size（重点）——返回字符串有效字符长度
2. length ——返回字符串有效字符长度

size与length的差异，size是length的plus版，完美的替换，length只能计算规则的数据结构的大小，比如数组；而size可以计算各种复杂的数据结构的大小，比如数组、链表、图、堆等等；

3. capacity ——返回空间总大小
4. empty （重点）——检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false
5. clear （重点）——清空有效字符，不会释放内存空间
6. reserve （重点）——为字符串预留空间
7. 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。

3. string类对象的访问及遍历操作

1. operator[] ：（重点） 返回pos位置的字符，const string类对象调用

    string s1("hello world");
    cout << s1[0] << endl;
    cout << s1[1] << endl;
    cout << s1[2] << endl;

2. 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；

即，begin（）会自动定位到第一个字符的下标，end（）会定位到字符串最后一个字符后面的/0处

    string s1("hello world");
    // 迭代器
    string::iterator it = s1.begin();
    while (it != s1.end())  // 推荐玩法，通用,这样可以确保在任何数据结构下都可以通过
    {
        // 读
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

3. 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

    string s1("hello world");
    cout <<s1<< endl;
    //string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
    auto rit = s1.rbegin();//在这里，我猜测auto是通过两个点来判断rit的域是string::reverse_iterator，
    //首先通过s1是string类确定了“string::”——类域
    //然后通过“.rbegin”确定了reverse_iterator——反转迭代器
    while (rit != s1.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;
}

4. 范围for： C++11支持的更简洁的范围for的新遍历方式

    string s1("hello world");
    cout << s1 << endl;
    // 原理：编译器编译器替换成迭代器
    // 读
    for (auto ch : s1)
    {
        cout << ch << " ";
    }
    cout << endl;

    // 写
    for (auto& ch : s1)
    {
        ch++;
    }
    cout << endl;
    cout << s1 << endl;

4. string类对象的修改操作

1. push_back ——在字符串后尾插字符c
2. append ——在字符串后追加一个字符串
3. operator+= ——(重点) 在字符串后追加字符串str
4. c_str——(重点) 返回C格式字符串
5. 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
6. 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
7. substr ——在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

以上修改操作演示代码如下：

    string s1("hello world");
    cout << s1 << endl;
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.length() << endl;
    cout << s1.capacity() << endl;
    cout << endl;

    s1.push_back('a');
    s1.append("王五b");
    s1 += "张三";
    int i=s1.find('a');
    int j=s1.rfind('b');
    s1.substr(2, 4);
    cout << s1 << endl;
    cout << i << " " << j << endl;
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.capacity() << endl;