【C++】认识标准库STL（1）

从今天开始，我们进入STL的学习进程，了解基础STL的用法和原理，废话少说，发车！

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1. STL简介

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。

2.string类

1.认识

官网的string类的介绍

Cplusplus.com https://cplusplus.com/

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

2.auto和范围for

auto关键字
在这里补充2个C++11的小语法，方便我们后面的学习。
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。
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&， 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。
auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用。
auto不能直接用来声明。

// 不能做参数
void func2(auto a)
{}

// 可以做返回值，但是建议谨慎使用
auto func3()
{
    return 3;
}

// 编译报错:rror C3531: "e": 类型包含"auto"的符号必须具有初始值设定项
auto e;

// 编译报错：error C3538: 在声明符列表中，"auto"必须始终推导为同一类型
auto cc = 3, dd = 4.0;

// 编译报错：error C3318: "auto []": 数组不能具有其中包含"auto"的元素类型
auto array[] = { 4, 5, 6 };

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。

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

|----------------------------------|---------------------------|
| (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

成员函数	功能	核心特点
size()	返回有效字符个数	与length()完全等价
length()	返回有效字符个数	面向字符串习惯
capacity()	返回当前内存容量	已分配空间，capacity >= size
max_size()	返回理论最大容纳字符数	系统限制，几乎不用
empty()	判断字符串是否为空	为空返回 true，推荐替代size()==0

成员函数	功能	关键区别
reserve(n)	预分配容量	只改容量、不改有效长度；只扩容、不缩容
resize(n)	改变有效字符长度	截断 / 扩充字符串，同时可能改变容量
resize(n, c)	改变长度，指定填充字符	新增位置用字符c填充

成员函数	功能	内存变化
clear()	清空所有有效字符	size=0，容量不变，不释放内存
shrink_to_fit()	收缩容量适配实际长度	令capacity = size，释放多余空间（C++11）

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，支持 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()	rbegin() 获取最后一个字符的反向迭代器；rend() 获取第一个字符前一个位置的反向迭代器
范围 for	C++11 支持，更简洁的新式遍历方式，底层用迭代器实现

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或字符串
c_str（重点）	返回 C 语言格式的 const char * 字符串
find + npos（重点）	从 pos 位置向后查找字符 / 子串，找到返回下标，失败返回 npos
rfind	从 pos 位置向前逆向查找字符 / 子串，返回对应位置
substr	从 pos 位置开始，截取 n 个字符并返回新字符串
insert	在指定位置插入字符或字符串
erase	删除指定位置、指定长度的字符
replace	替换指定区间的字符内容
swap	交换两个 string 对象内容
pop_back	删除字符串末尾字符

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

函数名称	功能说明
operator+	字符串拼接，返回拼接后的新字符串
operator>> / operator<<	流插入、流提取，实现 string 的输入输出
relational 运算符（==、!=、<、> 等）	按字典序比较两个 string 对象大小
getline（重点）	读取一行字符串，可读取空格，避免 cin 截断

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
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：
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.题目运用

917. 仅仅反转字母https://leetcode.cn/problems/reverse-only-letters/

给你一个字符串 s ，根据下述规则反转字符串：

• 所有非英文字母保留在原有位置。
• 所有英文字母（小写或大写）位置反转。

返回反转后的 s。

题解：

class Solution {
public:
    bool isletters(char& ch)
    {
        if(ch >= 'A' && ch <= 'Z')
        return true;
        if(ch >= 'a' && ch <= 'z')
        return true;

        return false;
        
    }
    string reverseOnlyLetters(string s) {
        if(s.empty())
        return s;
        int begin=0,end=s.size()-1;
        while(begin<end)
        {
            while(begin<end && !isletters(s[begin]))
            {
                begin++;
            }
            while(begin<end && !isletters(s[end]))
            {
                end--;
            }
            swap(s[begin],s[end]);
            begin++;
            end--;
        }  
         return s;
    }
    
};

387. 字符串中的第一个唯一字符https://leetcode.cn/problems/first-unique-character-in-a-string/

给定一个字符串 s ，找到 它的第一个不重复的字符，并返回它的索引 。如果不存在，则返回 -1 。

题解：

class Solution {
public:
    int firstUniqChar(string s) {
        int count[256];
        for(int i=0;i<s.size();i++)
        {
            count[s[i]]++;
        }
        for(int j=0;j<s.size();j++)
        {
            if(count[s[j]]==1)
            return j;
        }
        return -1;
    }
};

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