【C++初阶7-string】真方便，真舒服
前言
本期浅学一下STL的stirng。
内容概览：
- STL
- string
- 是什么
- 为什么
- 怎么用（接口介绍及使用）
博主水平有限，不足之处望请斧正！
先导
STL
C++中非常重要的一个东西，STL(Standard Template Library) 标准模版库，是C++标准库中的一部分。STL主要包含
- 可复用的组件库
- 数据结构和算法的软件框架
分为六个部分的话：
- 容器（数据结构）
- 算法
- 迭代器
- 函数对象
- 适配器
- 内存分配器
几乎所有代码都采用了类模版和函数模版，大大提高代码复用性。
主要版本有：
- 原始版本
- HP版：由Alexandar Stepanov和Meng Lee在惠普实验室开发。
- 衍生版本
- SGI版：由Alexandar Stepanov和Matt Austern在SGI开发，代码风格好，开源，且任何人都能修改和销售。Linux的g++采用。
- P.J.版：由 P.J.Plauger在他自己的三个人的公司开发，实现比较复杂，易读性不是特别高，且并不开源。微软的vs系列采用。
- RW版：由 Rouge Wave 公司开发，C++builder采用
string
是什么
string 是通过 basic_string 这个类模版，使用
实例化出来的类。本质是动态增长的字符数组。
嗯？字符串不就都是char组成的吗，
【为什么还要搞个模版，让我们指定类型实例化呢？】
这里涉及到编码的问题：
编码
是什么
把要放进计算机的文字符号映射为二进制。（计算机中只有0和1）
其实我们在学习C语言的时候就接触过——ascii码。计算机最早是从英国过去美国的人搞的，也就用英语，那怎么通过计算机显示英语呢？
英语仅由较少的字母和符号即可显示，所以1~127就能映射所有文字符号。
比如，要存储 “abc”，映射进计算机就是 97 98 99的二进制。
int main()
{char str[] = "abc";printf("%d %d %d\n", str[0], str[1], str[2]);return 0;
}
97 98 99
如果正常打印，计算机发现这是char类型，就拿着值到表里找，97对应’a’…
那别的国家咋办呢，中文的文字这么多。
unicode
unicode，统一码，也叫万国码。用统一的标准表示了很多国家的语言。
有 UTF-8、UTF-16、UTF-32三种，日常使用最多的是UTF-8，用2个字节表示，可以表示常用的汉字，兼容ASCII。
但对中文还是不太够，我们自己搞了GBK（国标），用2个字节表示
int main()
{char str[] = "培根";cout << str << endl;cout << "size:" << sizeof(str) << endl;//对“培”的第二个字节++会怎样？++str[2];cout << str << endl;++str[2];cout << str << endl;++str[2];cout << str << endl;--str[2];cout << str << endl;--str[2];cout << str << endl;--str[2];cout << str << endl;return 0;
}
培根
size:5
培郭
培葫
培基
培葫
培郭
培根
可以看到，此处的编码按照字音来，有一个场景就是帮助净化网络环境（敏感词的谐音字也能变成“***”）。
到这里我们也能理解为什么string要写成模版了，不同的编码就指定不同的类型。
如果我们要存UTF-16的字符串，就用u16stirng。
如果我们要存UTF-16的字符串，就用u32stirng。
如果我们要存宽字符串，就用wstirng。
string就对应UTF-8的编码规则，也是最常用的。
所以，一种可能的框架：
template
class basic_string
{
public://...
private:T* _str;size_t _size;size_t _capacity;
};basic_string s_8;
basic_string s_16;
basic_string s_32;
basic_string s_w;
*推荐给一个大家查看C++文档的网站（非官方，但好用）
为什么
C语言中，字符串是以\0结尾的字符的集合，为了操作方便，C标准库也提供了字符串操作的函数。但这些库函数和字符串是分离开的，通过char*指针来操作，不符合OOP（面向对象程序设计）的思想。而且底层的内存需要自己管理，不注意还会越界访问。所以C++就封装了一个stirng类。
怎么用
有些接口会略过，知道有这个接口就行，用的时候查下文档简简单单。
Constructor (构造)
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| default (1) | string(); |
| copy (2) | string (const string& str); |
| substring (3) | string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos); |
| from c-string (4) | string (const char* s); |
| from sequence (5) | string (const char* s, size_t n); |
| fill (6) | string (size_t n, char c); |
| range (7) | template |
(1) default：默认空字符串。
int main()
{string s;cout << s << endl << "111" << endl;return 0;
}
111
(2) copy：拷贝构造。
int main()
{string s1("bacon");string s2(s1);cout << s2 << endl;return 0;
}
bacon
(3) substring：用pos开始的n个字符构成的子字符串来构造。
int main()
{string s1("123 456 bacon", 0, 7);cout << s1 << endl;return 0;
}
123 456
(4) from c-string：通过c式字符串构造。
int main()
{string s("bacon");cout << s << endl;return 0;
}
bacon
(5) from sequence：用长度为n的字符序列构造。
(6) fill：用n个c构造。
int main()
{string s(10, '!');cout << s << endl;return 0;
}
!!!!!!!!!!
(7) range：用迭代器区间构造（后面讲）。
int main()
{string s1(10, '!');string s2(s1.begin(), s1.end());cout << s2 << endl;return 0;
}
!!!!!!!!!!
Destructor (析构)
释放空间
Operator = (赋值运算符重载)
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| string (1) | string& operator= (const string& str); |
| c-string (2) | string& operator= (const char* s); |
| character (3) | string& operator= (char c); |
int main()
{string s1, s2, s3;s1 = "it's "; // c-strings2 = "a string."; // single characters3 = s1 + s2; // stringcout << s3 << endl;return 0;
}
Non-Member function overloads (非成员函数重载)
（1）operator+
Concatenate strings (function )
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| string (1) | string operator+ (const string& lhs, const string& rhs); |
| c-string (2) | string operator+ (const string& lhs, const char* rhs); |
string operator+ (const char* lhs, const string& rhs); | |
| character (3) | string operator+ (const string& lhs, char rhs); |
string operator+ (char lhs, const string& rhs); |
（2）relational operators
Relational operators for string (function )
就是一些比较符号，string 和 string / char* / char 都能比较
（3）swap
Exchanges the values of two strings (function )
void swap (string& x, string& y);
（4）operator>>
Extract string from stream (function )
（5）operator<<
Insert string into stream (function )
（6）getline
Get line from stream into string (function )
int main()
{string s1;string s2;getline(cin, s1);getline(cin, s2);string s3 = s1 + s2;cout << s3 << endl;string s4 = "!!!";s4.swap(s3);cout << s3 << endl;cout << s4 << endl;return 0;
}
123//输入
abc//输入
123abc
!!!
123abc
诶？好像有个
确实，是这样实现的：
template void swap ( T& a, T& b )
{T c(a); a=b; b=c;
}
可以发现，需要构造一个临时对象c。但是对于我们动态增长的stirng，会涉及深拷贝的问题。
那我们void swap (string& x, string& y);又做了什么呢？
其实给string写的swap，只是交换了stirng的成员，深拷贝的问题也直接解决了。
Iterators (迭代器)
啥是iterator？
| 部分成员类型 | 描述 |
|---|---|
iterator | a random access iterator to char (convertible to const_iterator) |
const_iterator | a random access iterator to const char |
reverse_iterator | reverse_iterator |
const_reverse_iterator | reverse_iterator |
string的迭代器，底层大概是一个char指针。在string阶段可以暂时浅显地把迭代器理解为指针。
（1）begin
Return iterator to beginning (public member function )
iterator begin();
const_iterator begin() const;
（2）end
Return iterator to end (public member function )
iterator end();
const_iterator end() const;
（3）rbegin
Return reverse iterator to reverse beginning (public member function )
reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rbegin() const;
（4）rend
Return reverse iterator to reverse end (public member function )
reverse_iterator rend();
const_reverse_iterator rend() const;
（5）cbegin
Return const_iterator to beginning (public member function )
const_iterator cbegin() const noexcept; (noexcept先不管，后面会讲的哈)
（6）cend
Return const_iterator to end (public member function )
const_iterator cbegin() const noexcept;
（7）crbegin
Return const_reverse_iterator to reverse beginning (public member function )
const_reverse_iterator crbegin() const noexcept;
（8）crend
Return const_reverse_iterator to reverse end (public member function )
const_reverse_iterator crend() const noexcept;
- r：反向
- c：const对象的迭代器
以上迭代器不混用
这些接口返回的都是一个iterator（迭代器），我们得用同样类型接收返回值，而iterator是成员类型，所以要指定类域。
int main()
{string s("it's a string.");string::iterator it = s.begin();while(it != s.end()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;return 0;
}
i t ' s a s t r i n g .
int main()
{string s("it's a string.");string::reverse_iterator it = s.rbegin();while(it != s.rend()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;return 0;
}
int main()
{const string s("it's a string.");string::const_reverse_iterator it = s.crbegin();while(it != s.crend()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;return 0;
}
. g n i r t s a s ' t i
其实，范围for就是利用迭代器，将范围for的代码替换成用迭代器遍历的代码。之前说范围for对于自定义类型，要有begin和end方法也是这样。
int main()
{string s("it's a string.");for(char ch : s){cout << ch << ' ';}cout << endl;return 0;
}
i t ' s a s t r i n g .
Capacity (容量)
（1）size
Return length of string (public member function )
size_t size() const;
（2）length
Return length of string (public member function )
size_t length() const;
（3）max_size
Return maximum size of string (public member function )
size_t max_size() const;
（4）resize
Resize string (public member function )
void resize (size_t n);
void resize (size_t n, char c);
如果 n < _size，会减小\_size删除数据（不缩容）
如果 n > _size，会增大\_size，可传一个c，自动将增加的部分填充成c
（5）capacity
Return size of allocated storage (public member function )
size_t capacity() const;
（6）reserve
Request a change in capacity (public member function )
void reserve (size_t n = 0);
（7）clear
Clear string (public member function )
void clear();
（8）empty
Test if string is empty (public member function )
bool empty() const;
（9）shrink_to_fit
Shrink to fit (public member function ) 不建议频繁使用，因为得异地开辟并拷贝。
void shrink_to_fit();
size + capacity + length + max_size + clear + empty:
int main()
{string s = "123456";cout << "size: " << s.size() << endl;cout << "length: " << s.length() << endl;cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;cout << "max_size: " << s.max_size() << endl;s.clear();cout << "----string cleared----" << endl;cout << "size: " << s.size() << endl;cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;return 0;
}
size: 6
length: 6
capacity: 22
max_size: 18446744073709551599
----string cleared----
size: 0
capacity: 22
resize + reserve + shrink_to_fit:
int main()
{string s = "123456";cout << "size: " << s.size() << endl;cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;s.resize(3);cout << "----string resized to 3----" << endl;cout << "size: " << s.size() << endl;cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;s.reserve(20);cout << "----string reserved to 20----" << endl;cout << "size: " << s.size() << endl;cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;s.shrink_to_fit();cout << "----string shrinked_to_fit----" << endl;cout << "size: " << s.size() << endl;cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;return 0;
}
size: 6
capacity: 22
----string resized to 3----
size: 3
capacity: 22
----string reserved to 20----
size: 3
capacity: 22
----string shrinked_to_fit----
size: 3
capacity: 22
诶？shrink_to_fit的功能不是把capacity fit (适应) 至size吗？这里咋没动。这是编译器干的事，为什么它不让我缩容？
因为编译器自己对string的capacity有最小限度，比如我的XCode，就规定string的capacity最小是22。
对于所有缩容操作：编译器对string的capacity有自己的最小限度。
int main()
{string s(100, '?');cout << s.capacity() << endl;s.resize(10);s.shrink_to_fit();cout << s.capacity() << endl;return 0;
}
111
22//虽然size是10，但capacity最多只能适应至22
Elements access (元素的访问)
（1） operator[]
Get character of string (public member function )
char& operator[] (size_t pos);
const char& operator[] (size_t pos) const;
（2）at
Get character in string (public member function )
char& at (size_t pos);
const char& at (size_t pos) const;
（3）back
Access last character (public member function )
char& back();
const char& back() const;
（4）front
Access first character (public member function )
char& front();
const char& front() const;
int main()
{string s("it's a string.");for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i){
// cout << s[i] << ' ';cout << s.at(i) << ' ';}cout << endl;cout << "front:" << s.front() << endl;cout << "back:" << s.back() << endl;return 0;
}
Modifiers
（1）operator+=
Append to string (public member function )
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| string (1) | string& operator+= (const string& str); |
| c-string (2) | string& operator+= (const char* s); |
| character (3) | string& operator+= (char c); |
（2）append
Append to string (public member function )
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| string (1) | string& append (const string& str); |
| substring (2) | string& append (const string& str, size_t subpos, size_t sublen); |
| c-string (3) | string& append (const char* s); |
| buffer (4) | string& append (const char* s, size_t n); |
| fill (5) | string& append (size_t n, char c); |
| range (6) | template |
（3）push_back
Append character to string (public member function )
void push_back (char c);
（4）assign
Assign content to string (public member function )
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| string (1) | string& assign (const string& str); |
| substring (2) | string& assign (const string& str, size_t subpos, size_t sublen); |
| c-string (3) | string& assign (const char* s); |
| buffer (4) | string& assign (const char* s, size_t n); |
| fill (5) | string& assign (size_t n, char c); |
| range (6) | template |
（5）insert
Insert into string (public member function )
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| string (1) | string& insert (size_t pos, const string& str); |
| substring (2) | string& insert (size_t pos, const string& str, size_t subpos, size_t sublen); |
| c-string (3) | string& insert (size_t pos, const char* s); |
| buffer (4) | string& insert (size_t pos, const char* s, size_t n); |
| fill (5) | string& insert (size_t pos, size_t n, char c); |
void insert (iterator p, size_t n, char c); | |
| single character (6) | iterator insert (iterator p, char c); |
| range (7) | template |
（6）erase
Erase characters from string (public member function )
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| sequence (1) | string& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos); |
| character (2) | iterator erase (iterator p); |
| range (3) | iterator erase (iterator first, iterator last); |
（7）replace
Replace portion of string (public member function )
用得不多。
（8）swap
Swap string values (public member function )
void swap (string& str);
（9）pop_back
Delete last character (public member function )
void pop_back();
+= + push_back + pop_back:
int main()
{string s = "Jay chou is ";cout << s << endl;s += "cool";cout << s << endl;s.push_back('!');cout << s << endl;s.pop_back();cout << s << endl;return 0;
}
Jay chou is
Jay chou is cool
Jay chou is cool!
Jay chou is cool
append + assign + insert + erase:
int main()
{string s = "Jay chou is ";cout << s << endl;string tmp = "very handsome";s.append(tmp);cout << s << endl;string s2;s2.assign(s);cout << s << endl;size_t pos = 0;s2.insert(pos, "----");cout << s2 << endl;s2.erase(pos, 7);cout << s2 << endl;return 0;
}
Jay chou is
Jay chou is very handsome
Jay chou is very handsome
----Jay chou is very handsomechou is very handsome
String operations (字符串操作)
（1）c_str
Get C string equivalent (public member function )
const char* c_str() const;
这个接口还是很重要的，很多接口如Linux的系统调用，就只能接收C式字符串。
（2）data
Get string data (public member function )
const char* data() const;
（3）get_allocator
Get allocator (public member function ) （后面学）
（4）copy
Copy sequence of characters from string (public member function )
（5）find
Find content in string (public member function )
| 描述 | 接口 |
|---|---|
| string (1) | size_t find (const string& str, size_t pos = 0) const; |
| c-string (2) | size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const; |
| buffer (3) | size_t find (const char* s, size_t pos, size_t n) const; |
| character (4) | size_t find (char c, size_t pos = 0) const; |
（6）rfind
Find last occurrence of content in string (public member function )
（7）find_first_of
Find character in string (public member function )
（8）find_last_of
Find character in string from the end (public member function )
（9）find_first_not_of
Find absence of character in string (public member function )
（10）find_last_not_of
Find non-matching character in string from the end (public member function )
（11）substr
Generate substring (public member function )
（12）compare
Compare strings (public member function )
c_str + find + rfind:
int main()
{string s = "code is beautiful.";size_t pos = s.find(' ');printf("%s\n", s.c_str() + pos);pos = s.rfind(' ');printf("%s\n", s.c_str() + pos);return 0;
}
is beautiful.beautiful.
Member constants (成员常量)
npos
Maximum value for size_t (public static member constant )
int main()
{string s = "code is beautiful.";cout << string::npos << endl;return 0;
}
18446744073709551615
今天的分享就到这里啦
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下期见～