STL - string类

1、标准库中的string类

1.1、string类了解

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(关于更多的模板信息参考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

1.2、string类的常用接口说明

1.2.1、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

1.2.2、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

1.2.3、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	rbegin获取 end-- 的迭代器 + rend获取 begin-- 的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

1.2.4、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

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

1.2.5、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、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

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

   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，另一个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

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

    4. 指向堆空间的指针，用来存储字符串

3、浅拷贝和深拷贝

3.1、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

3.2、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

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;
};

4、string类题目练习

1. 仅仅反转字母
2. 找字符串中第一个只出现一次的字符
3. 字符串里面最后一个单词的长度
4. 验证一个字符串是否是回文
5. 字符串相加
6. 翻转字符串II：区间部分翻转
7. 翻转字符串III：翻转字符串中的单词
8. 字符串相乘
9. 找出字符串中第一个只出现一次的字符