【C++】string类（7）

目录

• 1.为什么学习tring类？
• • [1.1 C语言中的字符串](#1.1 C语言中的字符串)
  • [1.2 OJ题](#1.2 OJ题)
• [2. 标准库中的string类](#2. 标准库中的string类)
• • [2.1 string类(了解)](#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）](#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）)
• [3. string类的模拟实现](#3. string类的模拟实现)
• • [3.1 经典的string类问题](#3.1 经典的string类问题)
  • [3.2 浅拷贝](#3.2 浅拷贝)
  • [3.3 深拷贝](#3.3 深拷贝)

1.为什么学习tring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 OJ题

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。

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。

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
   （construct）函数名称 | 功能说明
   --------------------------- | -------
   string（重点） |构造空的string类对象，即空字符串

（construct）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

int main(){
 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
 
 return 0;
}

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。

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
rebegin+rend	rbegin获取最后一个字符的迭代器+ rend获取第一个字符上一个位置的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

4 string类对象的修改操作

函数名称	功能说明
push_back	在字符串尾端追加一个字符
append	在字符串尾端追加字符串
operator+=（重点）	在字符串尾端追加字符串
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+npos	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© / 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

函数名称	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，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。

1. 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。

2. 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;
};

3. string类的模拟实现

3.1 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，可以认为程序非正常
	 if (nullptr == str)
	 {
		 assert(false);
		 return;
	 }
	 _str = new char[strlen(str) + 1];//多出一个字符放 '/0'
	 strcpy(_str, str);
 }
 
 ~String()
 {
	 if (_str)
	 {
	 delete[] _str;
	 _str = nullptr;
	 }
 }
private:
 char* _str;
};

int main()
{
 String s1("hello bit!!!");
 String s2(s1);

 return 0;
}

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。

3.2 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。

就像一个寝室的同学们只有一台电脑，当上课的时候同学们一起玩一台电脑，但是每名同学都想在电脑下载不同的软件，这可能使电脑会出现故障。

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。每名同学都买一个电脑，各自玩各自的就不会有问题了。

3.3 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。

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;
};