c++初阶知识——string类详解

目录

前言:

1.标准库中的string类

[1.1 auto和范围for](#1.1 auto和范围for)

auto

范围for

[1.2 string类常用接口说明](#1.2 string类常用接口说明)

1.string类对象的常见构造

[1.3 string类对象的访问及遍历操作](#1.3 string类对象的访问及遍历操作)

[1.4. string类对象的修改操作](#1.4. string类对象的修改操作)

[1.5 string类非成员函数](#1.5 string类非成员函数)

2.string类的模拟实现

[2.1 经典的string类问题](#2.1 经典的string类问题)

[2.2 浅拷贝](#2.2 浅拷贝)

[2.3 深拷贝](#2.3 深拷贝)

[2.4 string类实现](#2.4 string类实现)

3.写时拷贝


前言:

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.标准库中的string类

在使用string类时,必须包含#include头文件以及using namespace std;

1.1 auto和范围for

auto

(1)在早期C/C++中auto的含义是:使用auto修饰的变量,是具有自动存储器的局部变量后来这个不重要了 。C++11中,标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即:auto不再是一个存储类型指示符,而是作为一个新的类型指示符来指示编译器 ,auto声明的变量必须由编译器在编译时期
推导而得

(2)用auto声明指针类型时,用auto和auto*没有任何区别,但用auto声明引用类型时则必须加&

(3)当在同一行声明多个变量时,这些变量必须是相同的类型,否则编译器将会报错,因为编译器实际只对第一个类型进行推导,然后用推导出来的类型定义其他变量

(4)auto不能作为函数的参数,可以做返回值,但是建议谨慎使用

(5)auto不能直接用来声明数组

#include <map>
using namespace std;
int main()
{
std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange",
"橙子" }, {"pear","梨"} };
// auto的用武之地
//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
范围for
对于一个有范围的集合而言,由程序员来说明循环的范围是多余的,有时候还会容易犯错误。因此
C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号" :"分为两部分:第一部分是范围
内用于迭代的变量,第二部分则表示被迭代的范围,自动迭代,自动取数据,自动判断结束。
范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历
范围for的底层很简单,容器遍历实际就是替换为迭代器,这个从汇编层也可以看到。
2.3 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
return 0;
}

范围for

(1)对于一个有范围的集合 而言,由程序员来说明循环的范围是多余的,有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号" :"分为两部分:第一部分是范围内用于迭代的变量,第二部分则表示被迭代的范围,自动迭代,自动取数据,自动判断结束。

(2)范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历

(3)范围for的底层很简单,容器遍历实际就是替换为迭代器,这个从汇编层也可以看到。

示例:

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{
   int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
   // C++98的遍历
   for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
  {
       array[i] *= 2;
  }
   for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
  {
       cout << array[i] << endl;
  }
   // C++11的遍历
   for (auto& e : array)
       e *= 2;
   for (auto e : array)
       cout << e << " " << endl;
   string str("hello world");
   for (auto ch : str)
  {
       cout << ch << " ";
  }
   cout << endl;
return 0;
}

1.2 string类常用接口说明

1.string类对象的常见构造

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()。

  1. clear()只是将string中有效字符清空,不改变底层空间大小。

  2. 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。

  1. 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。

1.3 string类对象的访问及遍历操作

1.4. string类对象的修改操作

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。

  1. 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。

1.5 string类非成员函数

2.string类的模拟实现

2.1 经典的string类问题

上面已经对string类进行了简单的介绍,大家只要能够正常使用即可。在面试中,面试官总喜欢让
学生自己来模拟实现string类,最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析
构函数。大家看下以下string类的实现是否有问题?

// 为了和标准库区分,此处使用String
class String
{
public:
/*String()
:_str(new char[1])
{*_str = '\0';}
*/
//String(const char* str = "\0") 错误示范
//String(const char* str = nullptr) 错误示范
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时,如果传递nullptr指针,可以认为程序非
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
String s1("hello bit!!!");
String s2(s1);
}

说明:上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载,此时编译器会合成默认
的,当用s1构造s2时,编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是,s1、s2共用同一块内存空间,在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃,这种拷贝方式,称为浅拷贝。

2.2 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。

就像一个家庭中有两个孩子,但父母只买了一份玩具,两个孩子愿意一块玩,则万事大吉,万一

不想分享就你争我夺,玩具损坏。

所以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。

2.3 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。

2.4 string类实现

能否写好string反映出我们对类和对象知识的理解是否深刻,这一块知识如果理解得不够深刻,我们的c++程序就会经常出现此类问题。为了方便管理,我们将string的实现分为3个文件是实现:

string.h :

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;


namespace Myobject
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
		string& operator+=(char ch);
		string& operator+=(const char* str);
		void append(const char* str);
		void insert(size_t  pos, char ch);
		void insert(size_t  pos, const char* str);
		void erase(size_t pos, size_t len = npos);
		size_t find(char ch, size_t pos);
		size_t find(const char* str, size_t pos);
		string substr(size_t pos, size_t len);

		string& operator=(const string& s);

		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

		string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}

		void test0_01();

		void reserve(size_t n);
		void push_back(char ch);

		/*string()
			:_str(new char[1] {'\0'})
			,_size(0)
			,_capacity(0)
		{}*/

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}







		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

		size_t size()
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity()
		{
			return _capacity;
		}

		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);

			return _str[pos];
		}

		const	char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);

			return _str[pos];
		}


		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;


		}


	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
		static const size_t npos;
	};

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s);
	istream& operator>>(istream& in, string& s);
}

string.cpp :

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"

namespace Myobject
{
	const size_t string::npos = -1;

	string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);
		if (len > _size - pos)
		{
			len = _size - pos;
		}

		string sub;
		sub.reserve(len);
		for (size_t i = 0; i < len; i++)
		{
			sub += _str[pos + i];
		}
		return sub;
	}

	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		for (size_t i = 0; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}
		return npos;

	}
	size_t string::find(const char* str, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
		if (ptr == nullptr)
		{
			return npos;
		}
		else
		{
			return ptr - _str;
		}
	}
	void string::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);
		if (len >= _size - pos)
		{
			_str[pos] = '0';
			_size = pos;
		}
		else
		{
			for (size_t i = pos + len; i < _size; i++)
			{
				_str[i - len] = _str[i];
			}
			_size -= len;
		}

	}

	void string::insert(size_t pos, char ch)
	{
		assert(pos <= _size);
		if (_size == _capacity)
		{
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
		}
		size_t end = _size + 1;
		if (end > pos)
		{
			_str[end] = _str[end - 1];
			end--;
		}
		_str[pos] = ch;
		_size++;
	}//插入单个字符

	void string::insert(size_t  pos, const char* str)
	{
		assert(pos <= _size);
		size_t len = strlen(str);
		if (len + _size > _capacity)
		{
			reserve(len + _size == 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);
		}
		size_t end = _size + len;
		while (end - 2 > pos)
		{
			_str[end] = _str[end - len];
			end--;
		}
		for (int i = 0; i < len; i++)
		{
			_str[pos + i] = str[i];
		}
		_size += len;

	}

	void string::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (len + _size > _capacity)
		{
			reserve(len + _size == 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);
		}
		strcpy(_str + _size, str);
		_size += len;
		//	_str[_size] = '\0';

	}

	string& string::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}

	void string::reserve(size_t n)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			char* tmp = new char[n + 1];
			strcpy(tmp, _str);
			delete[] _str;
			_str = tmp;
			_capacity = n;
		}
	}//扩容
	void string::push_back(char ch)
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
		}
		_str[_size] = ch;
		_size++;
		_str[_size] = '\0';
	}//尾插

	string& string::operator+=(char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}

	string& string::operator=(const string& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			delete[] _str;
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
			return *this;
		}
	}

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		char ch;
		ch = in.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			s += ch;
			ch = in.get();
		}
		return in;
	}
}

test.cpp :

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"

namespace Myobject
{
	void test_01()
	{

		string s1;
		string s2("hello world");

		cout << s1.c_str() << endl;
		cout << s2.c_str() << endl;

		for (int i = 0; i < s2.size(); i++)
		{
			s2[i] += 2;
		}
		cout << s2.c_str() << endl;

		s2 += 'A';
		s2 += 'B';

		string::iterator it = s2.begin();
		while (it != s2.end())
		{
			cout << *it << " ";
			it++;
		}
		cout << endl;

		for (auto ch : s2)
		{
			cout << ch << " ";
		}
		cout << endl;
		s2.insert(0, '$');
		for (auto ch : s2)
		{
			cout << ch << " ";
		}
		cout << endl;
		s2.insert(8, "%%%%%%%");
		for (auto ch : s2)
		{
			cout << ch << " ";
		}
		cout << endl;
		s2.erase(8, 100);
		for (auto ch : s2)
		{
			cout << ch << " ";
		}
		cout << endl;
		/*s2.append("hehe");
		for (auto ch : s2)
		{
			cout << ch << " ";
		}
		s2 += "hello";
		for (auto ch : s2)
		{
			cout << ch << " ";
		}*/
	}
	void test02()
	{
		string s1("hello world");
		string s2 = s1.substr(6, 5);

		cout << s2.c_str() << endl;

		string s3("hello bit");
		s2 = s3;
		cout << s1 << endl;
		cout << s2 << endl;

		cin >> s1;
		cout << s1 << endl;

	}
}
int main()
{
	Myobject::test02();
	//Myobject::test_01();
	return 0;
}

3.写时拷贝

写时拷贝就是一种拖延症,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。

本章完。

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