【C++】string

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1. 标准库中的string类

1.1 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（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边长字符（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。
5. 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

2.1 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
}

2.2 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）	检测字符串是否为空串，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

代码演示

// 测试string容量相关的接口
// size/clear/resize
void Teststring1()
{
	// 注意：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出
	string s("hello, string!");
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.length() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s << endl << endl;

	// 将s中的字符串清空，注意清空时只是将size清0，不改变底层空间的大小
	s.clear();
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl << endl;

	// 将s中有效字符个数增加到10个，多出位置用'a'进行填充
	// “aaaaaaaaaa”
	s.resize(10, 'a');
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl << endl;

	// 将s中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行填充
	// "aaaaaaaaaa\0\0\0\0\0"
	// 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个
	s.resize(15);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s << endl << endl;

	// 将s中有效字符个数缩小到5个
	s.resize(5);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s << endl;
}

//====================================================================================
void Teststring2()
{
	string s;
	// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数（不会改变）
	s.reserve(100);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl << endl;

	// 测试reserve参数小于string的底层空间大小时，是否会将空间缩小（不会缩小）
	s.reserve(50);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
}

// 利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销
//====================================================================================

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(size_t 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，reserve不会改变容量大小。

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
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	反向迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

代码演示

// string的遍历
// begin()+end()   for+[]  范围for
// 注意：string遍历时使用最多的还是for+下标 或者 范围for(C++11后才支持)
// begin()+end()大多数使用在需要使用STL提供的算法操作string时，比如：采用reverse逆置string
void Teststring3()
{
	string s1("hello string");
	const string s2("Hello string");
	cout << s1 << " " << s2 << endl;
	cout << s1[0] << " " << s2[0] << endl;

	s1[0] = 'H';
	cout << s1 << endl;

	// s2[0] = 'h';   代码编译失败，因为const类型对象不能修改
}

void Teststring4()
{
	string s("hello string");
	// 3种遍历方式：
	// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以遍历时修改string中的字符，
	// 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多
	// 1. for+operator[]
	for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
		cout << s[i];
	cout << endl;

	// 2.迭代器
	string::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	}
	cout << endl;

	// string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	// C++11之后，直接使用auto定义迭代器，让编译器推导迭代器的类型
	auto rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit;
		++rit;
	}
	cout << endl;

	// 3.范围for
	for (auto ch : s)
		cout << ch;
	cout << endl;
}

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
appebd	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

代码演示

// 测试string：
// 1. 插入(拼接)方式：push_back  append  operator+= 
// 2. 正向和反向查找：find() + rfind()
// 3. 截取子串：substr()
// 4. 删除：erase
void Teststring5()
{
	string str;
	str.push_back(' ');				// 在str后插入空格
	str.append("hello");			// 在str后追加一个字符串"hello"
	str += 's';						// 在str后追加一个字符's'   
	str += "tring";					// 在str后追加一个字符串"tring"
	cout << str << endl;
	cout << str.c_str() << endl;	// 以C语言的方式打印字符串
	cout << endl;

	// 获取file的后缀
	string file("string.cpp");
	size_t pos = file.rfind('.');
	string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));
	cout << suffix << endl;
	cout << endl;

	// npos是string里面的一个静态成员变量
	// static const size_t npos = -1;

	// 取出url中的域名
	string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
	cout << url << endl;
	size_t start = url.find("://");
	if (start == string::npos)
	{
		cout << "invalid url" << endl;
		return;
	}
	start += 3;
	size_t finish = url.find('/', start);
	string address = url.substr(start, finish - start);
	cout << address << endl;

	// 删除url的协议前缀
	pos = url.find("://");
	url.erase(0, pos + 3);
	cout << url << endl;
}

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。

2.5 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

2.6 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
  • 指向堆空间的指针，用来存储字符串

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

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本文完