C++ string 入门（一）

C++ string 模板入门

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[C++ string 模板入门](#C++ string 模板入门)
[一、什么是 STL？](#一、什么是 STL？)
- [1.1 STL 的全称](#1.1 STL 的全称)
- [1.2 STL 解决了什么问题？](#1.2 STL 解决了什么问题？)
[二、STL 的版本演变](#二、STL 的版本演变)
- [2.1 原始版本：HP STL](#2.1 原始版本：HP STL)
- [2.2 P.J. 版本](#2.2 P.J. 版本)
- [2.3 RW 版本](#2.3 RW 版本)
- [2.4 SGI 版本](#2.4 SGI 版本)
[三、STL 的六大组件](#三、STL 的六大组件)
- [3.1 容器：用来存数据](#3.1 容器：用来存数据)
- [3.2 算法：用来处理数据](#3.2 算法：用来处理数据)
- [3.3 迭代器：连接容器和算法](#3.3 迭代器：连接容器和算法)
- [3.4 仿函数：像函数一样使用的对象](#3.4 仿函数：像函数一样使用的对象)
- [3.5 适配器：换一种接口包装已有组件](#3.5 适配器：换一种接口包装已有组件)
- [3.6 空间配置器：负责内存管理](#3.6 空间配置器：负责内存管理)
[四、STL 为什么重要？](#四、STL 为什么重要？)
- [4.1 刷题中很重要](#4.1 刷题中很重要)
- [4.2 面试中很重要](#4.2 面试中很重要)
- [4.3 工作中很重要](#4.3 工作中很重要)
[五、如何学习 STL？](#五、如何学习 STL？)
- [5.1 第一层：能用](#5.1 第一层：能用)
- [5.2 第二层：明理](#5.2 第二层：明理)
- [5.3 第三层：能扩展](#5.3 第三层：能扩展)
[六、为什么先学 string？](#六、为什么先学 string？)
- [6.1 C 语言字符串的问题](#6.1 C 语言字符串的问题)
- [6.2 string 解决了什么问题？](#6.2 string 解决了什么问题？)
[七、string 其实是什么？](#七、string 其实是什么？)
- [7.1 string 是 basic_string<char>](#7.1 string 是 basic_string)
- [7.2 为什么说 string 是 STL 学习入口？](#7.2 为什么说 string 是 STL 学习入口？)
[八、使用 string 前要包含什么？](#八、使用 string 前要包含什么？)
九、auto：让类型推导更轻松
- [9.1 auto 的新含义](#9.1 auto 的新含义)
- [9.2 auto 必须初始化](#9.2 auto 必须初始化)
- [9.3 auto 和指针、引用](#9.3 auto 和指针、引用)
- [9.4 auto 在 STL 中很好用](#9.4 auto 在 STL 中很好用)
[十、范围 for：更自然地遍历容器](#十、范围 for：更自然地遍历容器)
- [10.1 普通遍历](#10.1 普通遍历)
- [10.2 范围 for 写法](#10.2 范围 for 写法)
- [10.3 修改元素时要用引用](#10.3 修改元素时要用引用)
[十一、string 的常见构造方式](#十一、string 的常见构造方式)
- [11.1 构造空字符串](#11.1 构造空字符串)
- [11.2 用 C 字符串构造](#11.2 用 C 字符串构造)
- [11.3 拷贝构造](#11.3 拷贝构造)
- [11.4 构造 n 个相同字符](#11.4 构造 n 个相同字符)

一、什么是 STL？

1.1 STL 的全称

STL 的全称是：

cpp 复制代码

Standard Template Library

中文一般叫：

标准模板库。

从名字上看，它有三个关键词：

Standard：标准
Template：模板
Library：库

简单理解：

STL 是 C++ 标准库的重要组成部分，是一套基于泛型编程思想的数据结构与算法框架。

它不是只提供"容器"，也不是只提供"算法"，而是把容器、算法、迭代器、函数对象、适配器、空间配置器等组件组合成了一套完整体系。

1.2 STL 解决了什么问题？

在没有 STL 的情况下，我们经常要自己写很多基础设施。

比如：

动态数组
链表
栈
队列
哈希表
二叉搜索树

这些东西当然可以自己写。

而且在学习数据结构时，确实应该自己手写一遍。

但是在真实开发中，如果每做一个项目都从零写一套数据结构，那效率会非常低，而且还容易出 bug。

STL 解决的问题就是：

把常见的数据结构和算法标准化、模板化、通用化。

比如你想存一组整数，可以用：

cpp 复制代码

vector<int> v;

想存一组字符串，可以用：

cpp 复制代码

vector<string> v;

想维护一组自动排序且不重复的数据，可以用：

cpp 复制代码

set<int> s;

想建立键值映射，可以用：

cpp 复制代码

map<string, int> dict;

你不用关心底层每一行内存管理怎么写，先把问题解决出来。

这就是 STL 的价值。

二、STL 的版本演变

2.1 原始版本：HP STL

STL 的原始版本由 Alexander Stepanov 和 Meng Lee 在惠普实验室完成。

这个版本可以理解为 STL 的源头。

它最重要的贡献不是某几个具体容器，而是提出了一套非常优雅的泛型编程框架：

用模板把数据结构和算法解耦，用迭代器把容器和算法连接起来。

这也是 STL 后来能成为 C++ 标准库核心组成部分的重要原因。

2.2 P.J. 版本

P.J. 版本由 P.J. Plauger 开发，被 Windows Visual C++ 采用。

这个版本继承自 HP STL，但代码可读性相对一般，符号命名比较复杂。

初学者如果直接阅读这类源码，可能会觉得压力比较大。

2.3 RW 版本

RW 版本由 Rogue Wave 公司开发，也继承自 HP STL。

它曾被一些 C++ 编译环境采用。

这个版本在历史上也有影响，但对我们现在学习 STL 来说，不是最主要的阅读对象。

2.4 SGI 版本

SGI STL 由 Silicon Graphics Computer Systems 开发，也继承自 HP STL。

它被 GCC 采用过，可移植性好，风格相对清晰，源码阅读价值比较高。

很多 C++ 学习资料在讲 STL 源码时，会以 SGI STL 作为主要参考版本。

对于初学者来说，先不急着直接啃源码，但可以知道：

STL 不只是会用接口，背后还有非常经典的泛型编程设计思想。

三、STL 的六大组件

STL 通常可以分为六大组件：

容器
算法
迭代器
仿函数
适配器
空间配置器

3.1 容器：用来存数据

容器就是用来存放数据的类模板。

常见容器有：

cpp 复制代码

string
vector
list
deque
map
set

还有一些容器适配器：

cpp 复制代码

stack
queue
priority_queue

不同容器适合不同场景。

3.2 算法：用来处理数据

算法是对数据进行处理的一组函数模板。

常见算法有：

cpp 复制代码

find
sort
reverse
swap
merge
count
copy

这些算法通常不直接依赖某一种具体容器，而是通过迭代器访问容器中的元素。

比如排序：

cpp 复制代码

sort(v.begin(), v.end());

这里 sort 不直接关心 v 的内部结构，它只需要一段可操作的区间。

STL 算法的一个重要特点是：

算法尽量和容器解耦。

这就是泛型编程的体现。

3.3 迭代器：连接容器和算法

迭代器可以理解成一种"泛化指针"。

它的作用是：

让算法能够以统一方式访问不同容器中的元素。

比如：

cpp 复制代码

vector<int> v = {1, 2, 3, 4};

auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
    cout << *it << " ";
    ++it;
}

这里的 it 就是迭代器。

对算法来说，只要能通过迭代器拿到元素，就不必关心底层容器到底是数组、链表还是树。

3.4 仿函数：像函数一样使用的对象

仿函数也叫函数对象。

它本质上是重载了 operator() 的类对象。

比如：

cpp 复制代码

struct Greater
{
    bool operator()(int x, int y)
    {
        return x > y;
    }
};

这个对象可以像函数一样调用：

cpp 复制代码

Greater greater;
cout << greater(3, 2) << endl;

在 STL 中，仿函数经常用于控制算法行为。

比如排序时指定升序或降序：

cpp 复制代码

sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());

仿函数让算法更灵活。

3.5 适配器：换一种接口包装已有组件

适配器可以理解成"包装器"。

它会把已有组件包装成另一种使用方式。

常见的容器适配器有：

cpp 复制代码

stack
queue
priority_queue

比如 stack 底层可以用 deque 实现。

但是对外只暴露栈应该有的接口：

cpp 复制代码

push
pop
top
empty
size

你不能随便遍历它，也不能随便访问中间元素。

这就是适配器的特点：

底层借用已有容器，对外提供特定接口。

3.6 空间配置器：负责内存管理

空间配置器，也就是 allocator，用来负责 STL 容器中的内存分配和释放。

平时写代码时，我们很少直接操作 allocator。

但它是 STL 底层非常重要的一部分。

比如 vector 扩容时，底层需要申请更大的空间、搬移旧数据、释放旧空间。

这些和内存相关的动作，都会涉及空间配置器的思想。

入门阶段先知道它存在即可

四、STL 为什么重要？

4.1 刷题中很重要

在笔试和 OJ 中，STL 几乎是 C++ 选手的基础工具箱。

比如：

二叉树层序遍历可以用：

cpp 复制代码

queue<TreeNode*> q;

判断括号匹配可以用：

cpp 复制代码

stack<char> st;

统计字符出现次数可以用：

cpp 复制代码

unordered_map<char, int> count;

字符串题基本离不开：

cpp 复制代码

string

如果完全不用 STL，很多题的代码量会明显增加。

而且自己写数据结构还容易引入额外 bug。

4.2 面试中很重要

面试中经常会问 STL 相关问题，比如：

vector 和 list 的区别
map 和 unordered_map 的区别
set 的底层结构
vector 扩容机制
迭代器失效问题
string 的常见接口
stack、queue、priority_queue 的使用场景

这些问题不是单纯考背诵，而是在考你是否理解容器背后的数据结构。

所以学 STL 不能只停留在"会调接口"。

至少要知道：

这个容器适合什么场景，不适合什么场景，底层大概是什么结构。

4.3 工作中很重要

真实开发中，STL 的价值更明显。

比如你要管理一组对象：

cpp 复制代码

vector<User> users;

要根据用户 ID 查询对象：

cpp 复制代码

unordered_map<int, User> userMap;

要保存自动排序的数据：

cpp 复制代码

set<int> nums;

要处理字符串：

cpp 复制代码

string name;

这些都是高频场景。

STL 的意义在于：

让我们少重复造底层轮子，把精力放在业务逻辑和问题建模上。

当然，这不意味着底层不重要。

恰恰相反，只有理解底层，才能更好地选择正确的 STL 组件。

五、如何学习 STL？

5.1 第一层：能用

第一层目标是能用。

也就是看到题目或项目需求时，知道应该选哪个容器。

比如：

需要动态数组：vector
需要栈：stack
需要队列：queue
需要优先级队列：priority_queue
需要字符串：string

这一阶段重点是接口熟练。

5.2 第二层：明理

第二层目标是明理。

也就是理解容器背后的结构和适用场景。

比如：

vector 为什么随机访问快？

因为它底层是连续空间。

list 为什么中间插入删除方便？

map 为什么有序？

unordered_map 为什么平均查询快？

5.3 第三层：能扩展

第三层目标是能扩展。

比如：

能模拟实现简单的 vector
能模拟实现简单的 string
能理解迭代器的基本设计
能读懂部分 STL 源码
能写出自己的容器或适配器
能理解内存配置和对象构造销毁的配合

这一层更偏向进阶学习。

对初学者来说，不必一开始就追求源码级掌握，但要知道未来可以往这个方向走。

六、为什么先学 string？

6.1 C 语言字符串的问题

在 C 语言中，字符串本质上是以 '\0' 结尾的字符数组。

比如：

cpp 复制代码

char str[] = "hello";

它在内存中大致是：

cpp 复制代码

'h' 'e' 'l' 'l' 'o' '\0'

C 标准库提供了一些字符串处理函数：

cpp 复制代码

strlen
strcpy
strcat
strcmp
strstr

这些函数能用，但也有明显问题：

第一，字符串和操作函数是分离的。

数据是字符数组，函数在外面。

第二，空间需要程序员自己管理。

如果空间不够，容易越界。

第三，很多函数对 '\0' 非常敏感。

一旦字符串没有正确结尾，就可能出问题。

第四，不符合 C++ 面向对象思想。

字符串作为一种对象，理应自己管理自己的空间和行为。

6.2 string 解决了什么问题？

std::string 把字符串封装成了一个类。

它可以自己管理底层空间，并且提供大量成员函数。

比如：

cpp 复制代码

string s = "hello";
s += " world";
cout << s.size() << endl;
cout << s[0] << endl;

你不需要自己手动计算空间，也不需要频繁调用 strlen、strcpy。

相比 C 字符串，string 更符合 C++ 的写法：

字符串对象自己管理自己的数据，并通过成员函数提供操作接口。

七、string 其实是什么？

7.1 string 是 basic_string

严格来说，string 不是凭空出现的特殊类型。

它通常是下面这个类模板的类型别名：

cpp 复制代码

std::basic_string<char>

也就是说，标准库真正提供的是一个更通用的字符串模板：

cpp 复制代码

template<
    class CharT,
    class Traits = std::char_traits<CharT>,
    class Allocator = std::allocator<CharT>
>
class basic_string;

而 string 可以理解成：

cpp 复制代码

using string = basic_string<char>;

所以从模板角度看：

basic_string<char> 用来表示普通窄字符字符串。

类似地，还有：

cpp 复制代码

wstring
u16string
u32string

它们对应不同字符类型。

7.2 为什么说 string 是 STL 学习入口？

string 很适合作为 STL 的入口，因为它有几个特点：

第一，它是类。

它封装了数据和操作。

第二，它是模板的实例。

它背后体现了 basic_string 的模板设计。

第三，它有容器特征。

它可以存储一组字符，支持下标访问、迭代器、范围 for。

第四，它在刷题和工程中都非常常用。

字符串处理题、输入输出、文本解析、日志处理，都离不开它。

所以学 string，不是只学字符串，而是在为后面的 vector、list、map 等 STL 容器打基础。

八、使用 string 前要包含什么？

使用 string 时，需要包含头文件：

cpp 复制代码

#include <string>

如果要输出，还需要：

cpp 复制代码

#include <iostream>

常见写法：

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
    string s = "hello";
    cout << s << endl;
    return 0;
}

如果不写：

cpp 复制代码

using namespace std;

就需要写完整命名空间：

cpp 复制代码

std::string s = "hello";
std::cout << s << std::endl;

入门练习可以使用 using namespace std;。

但大型项目和头文件中，更建议避免直接展开整个 std 命名空间。

九、auto：让类型推导更轻松

9.1 auto 的新含义

C++11 之后，auto 的含义发生了重要变化。

它不再主要表示自动存储类型，而是表示：

让编译器根据初始化表达式自动推导变量类型。

比如：

cpp 复制代码

int a = 10;
auto b = a;

这里 b 会被推导成 int。

再比如：

cpp 复制代码

auto c = 'a';
auto d = 3.14;

c 是 char。

d 是 double。

9.2 auto 必须初始化

因为 auto 需要根据右边的值推导类型，所以必须初始化。

错误写法：

cpp 复制代码

auto x;

编译器不知道 x 应该是什么类型。

正确写法：

cpp 复制代码

auto x = 10;

9.3 auto 和指针、引用

指针可以这样写：

cpp 复制代码

int x = 10;

auto p1 = &x;
auto* p2 = &x;

这里 p1 和 p2 都是 int*。

但是引用要显式写 &：

cpp 复制代码

auto& r = x;

如果写：

cpp 复制代码

auto r = x;

那么 r 是一个新的 int 变量，不是引用。

这点在范围 for 中尤其重要。

9.4 auto 在 STL 中很好用

STL 中很多类型写起来很长。

比如：

cpp 复制代码

std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();

可以简化成：

cpp 复制代码

auto it = dict.begin();

这不是偷懒，而是合理使用类型推导。

尤其是迭代器类型很长时，auto 能明显减少代码噪音。

十、范围 for：更自然地遍历容器

10.1 普通遍历

以前遍历数组可能会写：

cpp 复制代码

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); ++i)
{
    cout << arr[i] << " ";
}

这种写法没问题，但比较啰嗦，而且边界容易写错。

10.2 范围 for 写法

C++11 引入了范围 for：

cpp 复制代码

for (auto e : arr)
{
    cout << e << " ";
}

对 string 也可以这样遍历：

cpp 复制代码

string s = "hello";

for (auto ch : s)
{
    cout << ch << " ";
}

这段代码会依次取出字符串中的每个字符。

10.3 修改元素时要用引用

如果只是读取，可以写：

cpp 复制代码

for (auto ch : s)
{
    cout << ch << " ";
}

如果要修改字符串中的字符，就要写引用：

cpp 复制代码

for (auto& ch : s)
{
    ch = toupper(ch);
}

因为：

cpp 复制代码

auto ch

拿到的是元素副本。

cpp 复制代码

auto& ch

拿到的才是原元素引用。

这点非常关键。

十一、string 的常见构造方式

11.1 构造空字符串

cpp 复制代码

string s1;

这会构造一个空字符串。

可以理解为：

cpp 复制代码

""

11.2 用 C 字符串构造

cpp 复制代码

string s2("hello");

或者：

cpp 复制代码

string s2 = "hello";

这是最常见的写法。

它会用 C 风格字符串构造一个 string 对象。

11.3 拷贝构造

cpp 复制代码

string s3(s2);

或者：

cpp 复制代码

string s3 = s2;

这里用已有的 string 对象构造新对象。

11.4 构造 n 个相同字符

cpp 复制代码

string s4(5, 'x');

结果是：

cpp 复制代码

"xxxxx"

这个构造方式在刷题中偶尔很有用。

比如需要创建一段固定长度的字符串。

C++ string 入门（一）

C++ string 模板入门

目录

一、什么是 STL？

1.1 STL 的全称

1.2 STL 解决了什么问题？

二、STL 的版本演变

2.1 原始版本：HP STL

2.2 P.J. 版本

2.3 RW 版本

2.4 SGI 版本

三、STL 的六大组件

3.1 容器：用来存数据

3.2 算法：用来处理数据

3.3 迭代器：连接容器和算法

3.4 仿函数：像函数一样使用的对象

3.5 适配器：换一种接口包装已有组件

3.6 空间配置器：负责内存管理

四、STL 为什么重要？

4.1 刷题中很重要

4.2 面试中很重要

4.3 工作中很重要

五、如何学习 STL？

5.1 第一层：能用

5.2 第二层：明理

5.3 第三层：能扩展

六、为什么先学 string？

6.1 C 语言字符串的问题

6.2 string 解决了什么问题？

七、string 其实是什么？

7.1 string 是 basic_string

7.2 为什么说 string 是 STL 学习入口？

八、使用 string 前要包含什么？

九、auto：让类型推导更轻松

9.1 auto 的新含义

9.2 auto 必须初始化

9.3 auto 和指针、引用

9.4 auto 在 STL 中很好用

十、范围 for：更自然地遍历容器

10.1 普通遍历

10.2 范围 for 写法

10.3 修改元素时要用引用

十一、string 的常见构造方式

11.1 构造空字符串

11.2 用 C 字符串构造

11.3 拷贝构造

11.4 构造 n 个相同字符