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欢迎 点赞👍 收藏✨ 留言✉ 加关注💓本文由 C++忠实粉丝 原创C++string类(1)
收录于专栏【C++语法基础】
本专栏旨在分享学习C++的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌
目录
目录
1. 为什么学习string类？
2. 标准库中的string类
2.1 string类
2.2 auto和范围for
auto关键字
范围for
2.3 string类的常用接口说明
1. string类对象的常见构造
2. string类对象的容量操作
3. string类对象的访问及遍历操作
4. string类对象的修改操作
5. string类非成员函数
6. vs和g++下string结构的说明
3.总结
1. 为什么学习string类？
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。
OJ面试题
415. 字符串相加 - 力扣（LeetCode）
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
注意:在使用string类时，必须包含#include头文件<string>以及using namespace std;
参考:string - C++ Reference (cplusplus.com)
2.2 auto和范围for
在这里补充2个C++11的小语法，方便我们后面的学习。
auto关键字
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不能直接用来声明数组
auto不能做参数
auto可以做返回值，但是建议谨慎使用
// 可以做返回值，但是建议谨慎使用
auto func3()
{return 3;
}
包含“auto”的符号必须具有初始值设定项
#include<iostream>
using namespace std;
int func1()
{return 10;
}
// 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;
}int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = func1();// 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;
}
在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型
int main()
{int x = 10;auto y = &x;auto* z = &x;auto& m = x;cout << typeid(x).name() << endl;cout << typeid(y).name() << endl;cout << typeid(z).name() << endl;auto aa = 1, bb = 2;// 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;} 
数组不能具有其中包含“auto”的元素类型
int main()
{// 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 };return 0;
}
auto的正确使用方法:
#include<iostream>
#include <string>
#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;}return 0;
}
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。
范围for的正确使用:
#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;
}
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
| (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&c)(重点) | 拷贝构造函数 |
#include <string>
#include <iostream>using namespace std;void Teststring()
{string s1; // 构造空的string类对象s1string s2("hello string"); // 用C格式字符串构造string类对象s2string s3(s2); // 拷贝构造s3cout << s2 << " " << s3 << endl;
}int main()
{Teststring();return 0;
}
参考:string::string - C++ Reference (cplusplus.com)
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) | 检测字符串释放为空串, 是返回true, 否侧返回false |
| reserve(重点) | 为字符串预留空间 |
| resize(重点) | 将有效字符的个数分成n个, 多出的空间用字符c填充 |
| clear(重点) | 清空有效字符 |
测试string容量相关的接口size/clear/resize
#include <iostream>
#include <string>using namespace std;void Teststring1()
{// 注意：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出string s("hello, string!!!");cout << s.size() << endl;cout << s.length() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl;// 将s中的字符串清空，注意清空时只是将size清0，不改变底层空间的大小s.clear();cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 将s中有效字符个数增加到10个，多出位置用'a'进行填充// “aaaaaaaaaa”s.resize(10, 'a');cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 将s中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行填充// "aaaaaaaaaa\0\0\0\0\0"// 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个s.resize(15);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl;// 将s中有效字符个数缩小到5个s.resize(5);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl;
}int main()
{Teststring1();return 0;
}
参考:string::resize - C++ Reference (cplusplus.com)
string::size - C++ Reference (cplusplus.com)
string::clear - C++ Reference (cplusplus.com)
测试reserve是否会改变string中有效元素个数
void Teststring2()
{string s;cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数s.reserve(100);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 测试reserve参数小于string的底层空间大小时，是否会将空间缩小s.reserve(50);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;}int main()
{Teststring2();return 0;
} 
当给resever中的值小于当前string的空间大小时,空间不会缩小
利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销 :
void TestPushBack()
{string s;size_t sz = s.capacity();cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}// 构建vector时，如果提前已经知道string中大概要放多少个元素，可以提前将string中空间设置好
void TestPushBackReserve()
{string s;s.reserve(100);size_t sz = s.capacity();cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
} 
参考:string::reserve - C++ Reference (cplusplus.com)
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获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一位置的迭代器 |
| rbegin +rend | begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器 |
| 范围for | C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式 |
string的遍历
begin() + end() for+[] 范围for
注意：string遍历时使用最多的还是for+下标或者范围for(C++11后才支持)
begin() + end()大多数使用在需要使用STL提供的算法操作string时，比如：采用reverse逆置string
void Teststring3()
{string s("hello string");// 3种遍历方式：// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以遍历是修改string中的字符，// 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多// 1. for+operator[]for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)cout << s[i] << endl;// 2.迭代器string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << endl;++it;}// string::reverse_iterator rit = s.rbegin();// C++11之后，直接使用auto定义迭代器，让编译器推到迭代器的类型auto rit = s.rbegin();while (rit != s.rend())cout << *rit << endl;// 3.范围forfor (auto ch : s)cout << ch << endl;
}int main()
{Teststring3();return 0;
}
参考:string::begin - C++ Reference (cplusplus.com)
string::rbegin - C++ Reference (cplusplus.com)
string::operator[] - C++ Reference (cplusplus.com)
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串str |
| 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 | 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从pos位置开始,截取n个字符,然后返回 |
测试string：
1. 插入(拼接)方式：push_back append operator+=
2. 正向和反向查找：find() + rfind()
3. 截取子串：substr()
4. 删除：erase
void Teststring5()
{string str;str.push_back(' '); // 在str后插入空格str.append("hello"); // 在str后追加一个字符"hello"str += 'x'; // 在str后追加一个字符'x' str += "%%"; // 在str后追加一个字符串"%%"cout << str << endl;cout << str.c_str() << endl; // 以C语言的方式打印字符串// 获取file的后缀string file("string.cpp");size_t pos = file.rfind('.');string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));cout << suffix << endl;// npos是string里面的一个静态成员变量// static const size_t npos = -1;// 取出url中的域名string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");cout << url << endl;size_t start = url.find("://");if (start == string::npos){cout << "invalid url" << endl;return;}start += 3;size_t finish = url.find('/', start);string address = url.substr(start, finish - start);cout << address << endl;// 删除url的协议前缀pos = url.find("://");url.erase(0, pos + 3);cout << url << endl;
}int main()
{Teststring5();return 0;
}
npos是string里面的一个静态成员变量
static const size_t npos = -1;
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。
参考: string::push_back - C++ Reference (cplusplus.com)
string::append - C++ Reference (cplusplus.com)
string::operator+= - C++ Reference (cplusplus.com)
string::c_str - C++ Reference (cplusplus.com)
string::find - C++ Reference (cplusplus.com)
string::npos - C++ Reference (cplusplus.com)
string::rfind - C++ Reference (cplusplus.com)
string::substr - C++ Reference (cplusplus.com)
5. string类非成员函数
| 函数 | 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 operator(重点) | 大小比较 |
上面的几个接口大家了解一下就行，不是很难,这里就不在演示,下面我会出一些有关string的OJ题目,里面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。
参考:operator+ (string) - C++ Reference (cplusplus.com)
operator>> (string) - C++ Reference (cplusplus.com)
operator<< (string) - C++ Reference (cplusplus.com)
getline (string) - C++ Reference (cplusplus.com)
relational operators (string) - C++ Reference (cplusplus.com)
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
union _Bxty
{// storage for small buffer or pointer to larger onevalue_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。
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
struct _Rep_base
{size_type _M_length;size_type _M_capacity;_Atomic_word _M_refcount;
};指向堆空间的指针，用来存储字符串。
3.总结
C++string类的接口函数大大小小30多个,这里重点讲解了我们经常使用的一些接口函数,如果这里没有你需要的请查文档string - C++ Reference (cplusplus.com)
全文大概1万字,对每个重要的接口函数都进行了细致的讲解,如果你觉得对你有所帮助,欢迎 点赞👍 收藏✨ 留言✉ 加关注💓
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