string类

目录

1.为什么要学习string类

1.1 C语言中的字符串

 1.2 两个面试题(暂不做讲解）以及c语言中的字符串

 2. 标准库中的string类

2.1 string类(了解)

 2.2 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

2. string类对象的容量操作

 3. string类对象的访问及遍历操作

4. string类对象的修改操作

 5. string类非成员函数

6. vs和g++下string结构的说明

 3. string类的模拟实现

3.1 经典的string类问题，string的深浅拷贝

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1.为什么要学习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。

 1.2 两个面试题(暂不做讲解）以及c语言中的字符串

字符串转整形数字

字符串相加

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。

C语言里有这个头文件，C语言里压根就没有string这个类型，所以字符串都是通过char数组来存储的， 而这个头文件里声明的函数原型也全是针对char数组的种种操作。直到C++中才出现了string这个类(注意是类， 不是类型)。

 2. 标准库中的string类

2.1 string类(了解)

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)。

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	功能返回
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
reverse（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。如果string为空，reserve参数小于capacity，则可能会改变capacity大小。

 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
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式（底层为迭代器）

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const char*类型的字符串，通过strcpy转换成char*
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。

 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（4部分）：

• 空间总大小
• 字符串有效长度
• 引用计数

struct _Rep_base  //这个结构体在堆上
{
 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。

 3. string类的模拟实现

3.1 经典的string类问题，string的深浅拷贝

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。

存在两个问题：

1、两次析构

2、修改一个会更改另一个

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。

 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。

 

 代码实现：

class String
{
public:
 String(const char* str = "")
 {
 if (nullptr == str)
 {
 assert(false);
 return;
 }
 _str = new char[strlen(str) + 1];
 strcpy(_str, str);
 }
 String(const String& s)
 : _str(nullptr)
 {
 String strTmp(s._str);
 swap(_str, strTmp._str);
 }
 // 对比下和上面的赋值那个实现比较好？
 String& operator=(String s)
 {
 swap(_str, s._str);
 return *this;
 }
 /*
 String& operator=(const String& s)
 {
 if(this != &s)
 {
 String strTmp(s);
 swap(_str, strTmp._str);
 }

 return *this;
 }
 */
 ~String()
 {
 if (_str)
 {
 delete[] _str;
 _str = nullptr;
 }
 }
private:
 char* _str
};

写时拷贝(了解)

        写时拷贝就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。仅有一个对象使用

 string模拟实现