【C++入门】string类常用方法(万字详解）

一个努力学习编程的人2023-09-01 19:07

目录

1.STL简介

1.1什么是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。

1.2STL的版本

  • 原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。
HP 版本------所有STL实现版本的始祖。

  • P.J.版本

由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

  • RW版本

由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

  • 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。

1.3STL的六大组件

六大组件暂先了解，后面会慢慢学习。

1.4STL的缺陷

  1. STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。
  2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
  3. STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。
  4. STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。

2.string类的使用

2.1C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思想(面向对象思想），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。

2.2标准库中的string类

string类其实是一个类模版实例化出来的模版类
string类的文档介绍

我们可以看到，它其实是basic_string这个类模板实例化出来的类的一个typedef。
这里，basic_string实例化出来的模板类除了string还有三个。

它们都是basic_string这个类模板实例化出来的模板类，区别在于它们对应的模板参数的类型不同。
对于string类：其实它的底层就是一个动态的字符数组，

string就是一个char类型的字符数组

wstring就是对应的wchar_t的字符数组

u16string就是char16_t的字符数组

u32string就是char32_t的字符数组

这些不同类型的字符对应的大小也是不同的。

那么为什么要搞出这么多字符呢？

这里实际上是因为ASCll码

这里面的所有符号和字母都一个对应的ASCII码值。

实际上内存里存的并不是字母本身，而是它们对应的ASCII码值（这里以16进制显示）。

但是ASCII主要是来显示英语这些语言的，并且世界上还有很多国家，很多种语言比如现在我们要让计算机能显示中文，用ASCII码就不行了啊、。

那基于这样的原因呢，有人就又发明了Unicode------万国码（兼容ASCII）：

Unicode又进行了划分，分为UTF-8、UTF-16、UTF-32这些。
所以呢，为了应对这些不同的编码，就产生了这些不同的字符类型，所以就有了basic_string这个泛型字符串类模板，我们可以用它实例化出不同类型的字符串类。
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<char, char_traits, allocator> string;
  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;

2.3string类的常用接口说明 （只讲解最常用的接口）

2.3.1string类对象的常见构造
（constructor)函数名称 功能说明
string() (空字符串构造函数 默认构造函数 重点) 构造一个空字符串，长度为零个字符
string(const char* s) (重点) 用一个常量字符串来构造字符串类对象
string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos) （不经常使用） 复制 str 中从字符位置 pos 开始并跨越 len 字符的部分（如果 str 太短或 len 是string：：npos，则直到 str 的末尾）
string (const char* s, size_t n) 拿s指向字符串的前n个字符去构造string对象
string (size_t n, char c) 拿n个字符c去构造string对象
string (const string& str)（重点） 拷贝构造
template string (InputIterator first, InputIterator last) 迭代器之后讲解

下面我们开始逐个讲解：

  1. string()

    这里我们构造了一个空字符串。
  2. **string (const char* s) **

    这里还支持这样写：

    这里就是我们之前讲的单参数的构造函数是支持隐式类型转换的。
  3. string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos)
    这里是拿str中的一个子串去构造string对象，这个字串是从str中下标pos位置开始，长度为len的一个字串。

    如果这里的str比较短，或者这里给的len是string::npos，则这个字串一直到str的末尾。
    举个简单的例子：

    这里的len是30，那这里字符串的长度是不够的，比30短，但这里却不会报错，这里会取到字符串的结尾位置。
    这里如果给的len是string::npos，也会一直到str末尾,并且这里len会给缺省值，这个缺省值就是npos。

    这里的npos是什么呢？

    它是一个静态成员变量，值是-1，但是这里它的类型是size_t（无符号整型），所以它在这里其实是整型的最大值。
  4. string (const char* s, size_t n)
    用s指向字符串的前n个字符去构造string对象：
  5. string (size_t n, char c)
    用n个字符c去构造string对象
  6. string (const string& str)
    拷贝构造：
2.3.2 string类对象的容量操作
  1. size和lengh

    两者都是返回字符串长度。

    这里你或许有疑问为什么功能一样却要写两个接口。
    其实跟一些历史原因有关，string出现的比STL早，string严格来说是不属于STL的，它是C++标准库产生的，在STL出现之前就存在了。
    string最早之前设计的就是length，但是后面STL出现之后，里面的其它数据结构用的都是size，那为了保持一致，就给string也增加了一个size。
    因此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. max_size

    它的作用是返回字符串可以达到的最大长度

    实际上字符串并不能开这么长，而且在不同平台下这个值是不一样。
  3. capacity

    这里就是返回当前string对象的容量（即当前给它分配的空间有多大，以字节表示）

    ==这里它是不包含给'\0'的空间的，因为它认为'\0'不是有效字符。
    其他的老铁可以暂时结合文档看一下，重要的之后会给大家进行讲解。
2.3.3string类对象的修改操作
  1. push_back

    顾名思义push_back是尾插(追加1个字符 ）的意思。
  2. append
    如果想追加一个字符串就可以用append

    这里重载了很多版本，但是最常用的呢其实还是直接去追加一个字符串
  3. operator+=
    实际上平常我们并不喜欢用push_back和append。而是去用 operator+=。
    string重载了+=（运算符重载之前文章有讲过），用起来非常方便

2.3.4 resize和reserve

有了以上的知识我们回头再看 一下容量中的resize和reserve。

在此之前我们观察一下，对于一个string对象，在不断插入数据的过程中它是如何进行扩容的。

cpp 复制代码 
int main()
{
	string s;
	size_t sz = s.capacity();
	cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
	return 0;
}

这里在VS code上几乎每次扩容都是2倍扩。
在这里简单了解过扩容机制之后，我们来看一下reserve。reserve可以帮助我们更改容量大小，这样如果我们知道需要多大的空间，就可以一次开到位，就不用再一次一次的扩容了。

我们现在指定reserve100个容量，它不一定开的就是100，可能由于对齐啊等等的一些原因，它会给你多开一些空间，但是肯定不会比100小。

如果我们知道需要多少空间，reserve就可以帮助我们提前开辟好空间，然后就可以减少扩容，提升效率。

那resize又有什么作用呢？

resize不仅可以开空间，而且还能对开好的空间进行初始化。

这里我们没有指定第二个参数，既要填入的字符，默认给的是\0，当然我们也可以自己指定要填入的字符：

>
如果我们传的n小于当前字符串长度，它还可以帮我们删除多出来的内容 ：

注意这里只会改变size，capacity并没有改变。

一般情况下是不会轻易缩容的，缩容的话一般是不支持原地缩的，由于底层内存管理的一些原因，是没法原地缩的。

如果支持原地缩，是不是就要支持释放一部分，我们申请一块空间，不用了只释放其中的一部分。

但是是不支持只释放一部分的，就像我们free是不是要求传的指针必须是指向其实位置的。

所以如果真的要缩容的话，只能异地缩，就是开一块新的小空间，把需要的数据拷贝过去，然后把原空间释放掉。所以缩容是要付出性能的代价的，系统原生是不支持的，我们需要自己去搞。所以不到万不得已不要轻易缩容。

2.3.5迭代器（正向）

现在我们想遍历一个string对象，首先可以循环用[ ]遍历，因为string是重载了[ ]的，或者我也可以用范围for。除了这些方法外我们还可以用迭代器。

我们举个简单的例子：

cpp 复制代码 
int main()
{
	string s1("hello world");
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	return 0;
}


这里的it就是我们定义的一个string类的迭代器（string::iterator是类型），现阶段呢，大家可以认为迭代器是一个像指针一样的东西（不一定是指针）。

这里的begin，会返回指向字符串第一个字符的迭代器。

这里的end会返回指向最后一个字符后面位置的迭代器。

我们可以理解成这样两个位置的指针：

2.3.6 反向迭代器

迭代器除了像上面那样支持正向从前向后遍历，也支持反向遍历，反向遍历的叫做反向迭代器。



这里的rbegin()返回指向字符串最后一个字符的反向迭代器。

这里的rend()返回一个反向迭代器，迭代器指向字符串第一个字符的前一个。

下面我们再来看之前的例子:

cpp 复制代码 
int main()
{
	string s1("hello world");
	string::reverse_iterator it = s1.rbegin();
	while (it != s1.rend())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	return 0;
}
2.3.7const迭代器（正向&反向）

对于const对象不能被修改，那么普通迭代器可以认为它是一个像指针一样的东西，那我们对它解引用就不可以修改它，所以这里我们就不能用普通迭代器，会造成权限放大。

我们看到begin()，如果是const对象调用begin，那么返回的是const迭代器const_iterator,普通迭代器可以读改数据，但是const迭代器就只能读，不能修改。
const反向迭代器就是const对象调用rbegin()和rend()返回的迭代器const_reverse_iterator


这里C++11又提供了一套迭代器cbegin cend crbegin crend，它们只返回const迭代器。

2.3.8 元素访问


string是重载了[]的，我们可以直接用：

operator[]也是有普通版本和const版本的，普通对象调[]就返回char& const对象就返回const char&，不能修改。

at作用跟[]是一样的。但是呢，它们两个还是有区别的，区别在于：
用[]如果越界访问的话是直接报错的，它内部是断言去判断的。at是抛异常

back和front作用是返回最后一个和第一个字符，但是这个我们用[]就能搞定，所以大家简单了解一下就行了。

2.3.9 insert和erase

使用insert我们可以向string对象中插入字符和字符串：

这里insert提供了好几个版本，我们只需要掌握几个常用的就好。

现在我们想在world前面插入一个字符串hello，我们就可以考虑用这个：

第一个参数是插入的位置，第二个是插入的字符串。

现在我们想在第五个位置插入1个空格可以用这个：


我们还可以考虑使用迭代器：


注意： 对于string来说，我们不推荐频繁使用insert。因为string底层是字符数组，那我们学过数据结构知道在顺序表里插入元素需要要挪动数据，效率是比较低的。
我们再来看一下erase：
erase是删除string对象里的元素。

举个简单的例子：

现在我们可以利用erase删除后面的空格：

2.3.10 replace、find、rfind、substr

我们来看一下replace：

replace作用其实就是把字符串的一部分替换成新的内容。这里我们同样挑常用的讲解。

我们举个例子：

现在我们要把s里的空格替换成"hhh"：


我们再看一下find：

find可以在字符串里查找字串或者字符，返回对应的下标。找不到返回npos

再来举个例子：

现在想在s里查找"w"：

我们再来看rfind：

find是从前往后找第一个匹配项，rfind是从后往前找倒数第一个匹配项
我们再来看substr：

substr可以帮助我们获取string对象中指定的一个子串。

举个例子：

这里我们获取了第六个位置开始长度为五的子串。

2.3.11 string::swap


和标准库里的swap不同的是，这里的swap接收一个string对象，与当前对象进行交换。

2.3.12 c_str

我们再来看一下c_str:

它的作用是返回一个指向当前string对象对应的字符数组的指针，类型为const char*。

2.3.13 getline

我们举个例子：

cpp 复制代码 
int main()
{
	string s;
	cin >> s;
	cout << s << endl;
	return 0;
}

现在我想输入hello world 能正常输出吗？

这里的cin，我们在用它们输入的时候是有可能输入多个值的，那当我们输入多个值的时候，它们默认是以空格或者换行来区分我们输入的多个值的。

所以我们这里输入的hello world，会被认为是两个值以空格分隔开，所以cin值读到了空格前面的hello，后面的world就被留在缓冲区了。
我们可以用getline解决这种问题：

getline它读取到空格才结束，当然它还支持我们自己指定结束符。第一个参数就是接收cin，第二个参数接收我们要输入的string对象。

2.4 总结

这里关于string的常用接口就讲的差不多了，这里string的接口很多，如果后面有遇到不清楚的这里建议大家去阅读官方文档 string

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