【C++】String类：标准库介绍

目录

一.预备知识

1.auto关键字

2.范围for

3.迭代器

二.标准库里的string

1.string类的基本介绍

2.构造函数

​编辑

3.访问及遍历操作

3.1 operator []

3.2 基于范围for 

3.3 使用迭代器

4.迭代器

5.容量操作

 5.1 size和length

5.2 capacity

5.3 reserve和resize 

6.修改操作 

6.1 operator+= 和 append

 6.2 insert

6.3 erase

​编辑

7.查找操作

7.1 find

7.2 rfind

7.3 substr

一.预备知识

1.auto关键字

在C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义：作为一个类型指示符来指示编译器在编译时期推导变量的类型。这使得代码更简洁，尤其是在处理复杂的类型时。

用法示例：

        

1.声明普通变量

auto x = 1; // x 的类型被推断为 int
auto y = 1.11; // y 的类型被推断为 double

2.声明指针变量

int i = 10;
auto p = &i; // p 的类型被推断为 int*
auto* q = &i; // q 的类型同样被推断为 int*

3.声明引用类型

int j = 20;
auto& r = j; // r 的类型被推断为 int&

4.在同一行声明多个变量

auto x1 = 1, x2 = 2; // 正确，x1 和 x2 的类型都推断为 int
auto y1 = 1, y2 = 3.14; // 错误，y1 和 y2 的类型不同

5.auto不能直接声明未初始化变量（需要初始值设定）

6.auto不能作为函数的参数

// 错误用法
void func(auto n) 
{// ...
}

7.auto不能直接声明数组

// 错误用法
auto arr[5]; // 错误，无法推断数组类型

auto常在范围for中使用，接下来就介绍范围for 

2.范围for

对于一个有范围的集合而言，由程序员还说明循环的范围是多余的，有时候还容易犯错误。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，冒号前是用于迭代的变量，冒号后是被迭代的范围，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（array、string、vector、list...）上进行遍历

int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };//遍历数组每一个值，都乘以2，结果为 2,4,6,8,10//自动识别类型，用引用能改变原值for (auto& e : array)e *= 2;//范围for遍历数组array并打印for (auto e : array)cout << e << ' ';cout << endl;//范围for遍历字符串str并打印string str("hello world");for (auto ch : str){cout << ch << ' ';}cout << endl;return 0;
}

范围for的底层很简单，容器的遍历实际上就是替换为迭代器，接下来就介绍迭代器 

3.迭代器

迭代器是一种数据类型，在C++中，迭代器实际上是一种对象，它被设计用于在容器中进行元素的遍历和访问。迭代器为程序员提供了一种抽象的方式来访问容器的内容，而不用关心容器的底层实现细节。

例如以下用法，目前还没正式讲到，可以看作一个指针来进行理解：其中string::iterator就是string类的迭代器类型，it是迭代器的变量名，将其看作指针，begin就是开头处，end就是结尾处，*it就是解引用该指针指向的内容，it++使得指针指向下一个内容，如此，大概就是迭代器的遍历操作

int main()
{string s1 = "abcde";string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()){cout << *it << " ";it++;}return 0;
}

在string类的标准库和模拟实现中，会具体介绍并进行模拟实现，加深印象。

二.标准库里的string

1.string类的基本介绍

在C语言中，字符串是以'\0'结尾的字符数组，需要手动管理内存和处理字符串操作。在头文件string.h中提供了一系列库函数，如strlen、strcpy、strcat等来对字符串进行操作。但这些函数和字符串是分离的，需要手动管理内存，容易出现越界访问等问题。

因此，在C++标准库中，提供了string类，它封装了字符串操作，提供了丰富的成员函数和运算符重载，使得字符串的操作更加方便和安全。

实际上string类是C++标准库的一部分，学习标准库，是一定需要去读文档的，本文依照该string类的文档介绍进行：string - C++ Reference (plusplus.com)

string在底层实际是basic_string这个模板类使用char类型实例化得到的一个具体类，当然我们在使用时直接使用string即可，它本身就是basic_string<char>

2.构造函数

string作为一个类，构造函数是必不可少的，常用的如下几个：

构造函数名称功能说明
string()默认构造函数，构造空的string类对象，即空字符串
string(const string& s)拷贝构造函数
string(const char* s)用C-string（C风格的字符串）来构造
string(size_t n, char c)string类对象中包含n个字符c
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{string s1;string s2("abcdefg");string s3(10, 'a');string s4(s2);cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << s3 << endl;cout << s4 << endl;return 0;
}

3.访问及遍历操作

3.1 operator []

重载下标操作符[ ]，使得可以像访问数组一样使用下标来访问字符串中的某个字符，同时返回值是char&，这意味着我们还可以对该下标的字符进行修改等操作。

int main()
{string s1 = "abcde";//进行遍历，遍历方式类似于数组for (int i = 0; i < s1.size(); ++i){cout << s1[i] << " ";}cout << endl;//对下标为0的字符（即第一个字符）进行更改s1[0] = '0';cout << s1;return 0;
}

3.2 基于范围for 

int main()
{string s1 = "abcde";//只能遍历for (auto e: s1){cout << e << " ";}cout << endl;//若要进行更改，加&引用for (auto& e : s1){e = 'a';cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

3.3 使用迭代器

在遍历的实现中，更推荐使用迭代器，因为迭代器是大多数数据结构都拥有的，而[ ]不是都有的，使用[ ] 要求物理底层是连续的，如数组等。

int main()
{string s1 = "abcde";string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()){cout << *it << " ";it++;}return 0;
}

4.迭代器

迭代器是一种数据结构，在C++中，迭代器是一种对象，它被设计用于在容器中进行元素的遍历和访问。迭代器为程序员提供了一种抽象的方式来访问容器中的元素，而不用关心容器的底层实现细节。

 在string类中就有这四个比较重要的迭代器：

迭代器名称功能说明
begin()返回一个指向字符串中第一个字符的迭代器
end()返回一个指向字符串中最后一个字符的下一个位置的迭代器
rbegin()反向，返回一个指向字符串中最后一个字符的迭代器
rend()反向，返回一个指向字符串中第一个字符的前一个位置的迭代器

string类提供了很多类型的迭代器，包括正向迭代器（iterator）、常量正向迭代器（const_iterator）、反向迭代器（reverse_iterator）、常量反向迭代器（const_reverse_iterator）

  1.  正向迭代器（iterator）：用于遍历可修改字符串的迭代器，可以通过begin()、end()方法来获取范围
  2. 常量正向迭代器（const_iterator）：用于遍历不可修改的常量对象的迭代器，也可以通过begin()、end()方法获取范围
  3. 反向迭代器（reverse_iterator）：用于反向遍历可修改的字符串的迭代器，可以通过rbegin()、rend()方法来获取范围
  4. 反向常量正向迭代器（const_reverse_iterator）：用于反向遍历不可修改的常量对象的迭代器，也可以通过rbegin()、rend()方法获取范围

根据begin()的定义，可以发现这其实是一个重载，一个适用于非常量对象，一个适用于常量对象，返回的迭代器也因此不同，例如可以这样使用：

int main()
{string s = "abcde";const string cs = "abc";//会取寻找最合适的，此时非常量对象两者都可以，不过使用普通迭代器最合适string::iterator it = s.begin();//但是权限不能放大，只能缩小//不能使用普通迭代器去接收常量字符串的迭代器//因此用string::iterator cit = cs.begin()会报错//应该使用常量迭代器string::const_iterator cit = cs.begin();return 0;
}

其他的end();rbegin();rend()都是同理，此处不再赘述。

5.容量操作

函数名称功能说明
size()返回字符串有效字符长度（容器通用）
length()返回字符串有效字符长度（字符串专属）
capacity()返回当前分配给字符串的总空间大小
empty()检测字符串是否为空字符串
clear()清空字符串有效内容
reserve()为字符串预留空间
resize()将有效字符的个数改为n个，多出的空间用字符c填充

 5.1 size和length

两者的作用完全相同：都是返回字符串的有效长度，但是length是只适用于字符串string类的，而size是通用于容器的。

5.2 capacity

capacity()用于返回当前字符串对象分配的储存空间大小（即容量），字符串是存在容量的，这个容量就是指在不重新分配内存的情况下，字符串可以存储的最大字符数。

值得注意的是，capacity()返回的是字符串分配的总空间大小，而不是当前字符串的实际长度，也就是说，capacity()的返回值会大于size()的返回值，因为容量是一定大于等于实际储存的字符长度的，例如：

5.3 reserve和resize 

reserve有保留，预定的意思，功能就是为字符串预留至少n个字符的储存空间，也就是提前分配指定大小空间，好处是节约扩容成本。改变的是容量的大小，而不是实际有效字符的大小。

  • 当n大于当前容量时，reserve就会重新分配内存（可能扩容到n但也可能按其他方式进行扩容到比n大的数目）
  • 若n小于容量，有可能进行缩容也有可能不做处理，这取决于编译器和环境

但有一点是无可置疑的：reserve不会影响到字符串的实际大小与内容，size()的值一定不会变化

resize功能是调整字符串的实际大小为n。根据需要插入或删除字符，使得字符串的实际大小等于n

  • 若n小于当前字符串的实际大小，那么多余的字符将被删除，只剩下前n个字符
  • 若n大于当前字符串的实际大小，那么将用指定的字符c（不指定默认是'\0'）来填充新增的部分

6.修改操作 

函数名称功能说明
operator +=在字符串后追加字符串
push_back在字符串后插入字符
append在字符串后追加字符串
insert插入字符（字符串）
erase删除字符

6.1 operator+= 和 append

将+=进行重载，用于将当前字符串与另外一个字符串进行连接，方便快捷，当然append也能做到该功能。

 6.2 insert

常用的两个， 1号是在pos这个下标位置前插入str字符串，2号是在pos下标前插入n个字符c

由于插入需要挪动数据，因此insert的效率其实并不高

6.3 erase

删除从下标pos出开始算起的len的字符，注意这里len的默认值是npos，需要补充说明一下npos

 

npos是C++中的一个静态成员变量，表示无效或不存在的位置。通常用于标识字符串查找等操作未找到匹配项的情况。npos的类型是size_t，值为-1，其补码就是全1，也就是最大的意思。 

7.查找操作

函数名称功能说明
find在字符串中查找指定的字符或子串
rfind在字符串中从右往左查找指定的字符或子串
find_first_of在字符串中从左往右查找指定集合中的任意字符
find_last_of在字符串中从右往左查找指定集合中的任意字符
find_first_not_of在字符串中从左往右查找不在指定集合中的最后一个字符
find_last_not_of在字符串中从右往左查找不在指定集合中的最后一个字符
substr从字符串中提取子串

7.1 find

find用于返回 一个字符或一个字符数组或一个string对象 在string中首次出现的位置，并返回下标，如果找不到就返回npos

7.2 rfind

整体和find类似。不过是从后往前找，找到一个字符或一个字符数组或一个string对象最后一次出现的位置，如果找不到就返回 npos

7.3 substr

从pos位置处开始截取len长度（默认截取到最后），下面以得到文件后缀为例：

int main()
{string s1("test.c");//得到文件后缀//从前往后找到第一个.的位置size_t pos1 = s1.find('.');//如果找到了就截取if (pos1 != string::npos){string ret1 = s1.substr(pos1);cout << ret1 << endl;}//如果文件名含有.怎么办string s2("te.st.c");//使用rfind从后往前查找倒数第一个.size_t pos2 = s2.rfind('.');if (pos2 != string::npos){string ret2 = s2.substr(pos2);cout << ret2 << endl;}return 0;
}

由于string类函数是很丰富的，这里不可能全部一一讲解，更多的需要在使用时去查阅相应的文档即可：<string> - C++ Reference (cplusplus.com)

在下一篇文章中将会具体自己模拟实现string类来加深理解，欢迎持续关注，感谢观看

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