C++:string类！

C++string 是C++中的字符串。字符串对象是一种特殊类型的容器，专门设计来操作的字符序列。不像传统的c-strings,只是在数组中的一个字符序列，我们称之为字符数组，而C++字符串对象属于一个类，这个类有很多内置的特点，在操作方式，更直观，另外还有很多有用的成员函数。

1.标准库中的string类

1.1 string类(了解)

1.2 string类的常用接口说明（注意下面我只讲解最常用的接口）

2. string模拟实现

2.1 经典的string类问题

2.2 浅拷贝

2.3 深拷贝

2.3.1 传统版写法与现代法的String类

2.4 写时拷贝(了解)

1.标准库中的string类

1.1 string类(了解)

在学习string类时，查阅文档是很重要的，函数接口都有详细介绍，下面是C++官网上string的参考

string类的文档介绍

字符串是表示字符序列的类
标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。4. string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

总结：

string是表示字符串的字符串类
该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。
string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;
不能操作多字节或者变长字符的序列

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

1.2 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s1string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

2. string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size（重点）	返回字符串有效字符长度
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，否则返回false
clear （重点）	清空有效字符
reserve （重点）	为字符串预留空间**
resize （重点）	将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充

注意：

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()。
clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
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。
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

参考：

void test_string7()
{string s("hello world");cout << s.capacity() << endl;//最开始capacity是15 ,后面还有一个'\0'cout << s.size() << endl;//11//s.resize(13);//不给实际值，会将多出的补'\0'//cout << s << endl;//cout << s.size() << endl;//s.resize(13,'x');//原有数据不变，后面补'x's.resize(20,'x');//大于原有的capacity会扩容cout << s << endl;cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;s.resize(5);//小于原有的size,会删除后面的数据cout << s << endl;cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//at 与 operator[] 类似，但at越界只会抛异常，【】会断言终止程序//s.at(0);//s[0];
}

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个位置的迭代器
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

参考：

void test_string2()
{string s1("hello world");string s2 = "hello world";//先构造，再拷贝构造，编译器优化为一步构造。//遍历string//读for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){cout << s1[i] << " ";}cout << endl;//写		for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){s1[i]++;}cout << s1 << endl;//迭代器  行为上像指针string::iterator it = s2.begin();//s2.end()是指向有效字符的下一位，'\0'//while(it < s2.end()) //这里可以，但不建议。因为这里物理空间是连续的，链表等不是连续的while (it != s2.end()){//读cout << *it << " ";it++;}cout << endl;it = s2.begin();while (it != s2.end()){//写*it = 'a';it++;}cout << s2 << endl;}

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中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

注意：

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。
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。
npos是const静态成员变量, const static size_t npos = -1；size_t中-1会当作无符号处理，就是无符号整形最大值。

void test_string11()
{string s1("test.c.tar.zip");//size_t i = s1.find('.');//cout << i << endl;size_t i = s1.rfind('.');cout << i << endl;string s2 = s1.substr(i);//取后面的数据cout << s2 << endl;string s3("https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rfind/");//取协议//域名//资源名string sub1, sub2, sub3;size_t i1 = s3.find(':');if (i1 != string::npos)//没有找到,i1 等于静态成员变量nposesub1 = s3.substr(0, i1);size_t i2 = s3.find('/', i1 + 3);if (i2 != string::npos)sub2 = s3.substr(i1+3, i2-i1-3);sub3 = s3.substr(i2+1);cout << sub1 << endl;cout << sub2 << endl;cout << sub3 << endl;
}

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 operators （重点）	大小比较

上面的几个接口大家了解一下，下面的OJ题目中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。

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。字符串跟在最后面，与柔性数组有些相似。

2. string模拟实现

2.1 经典的string类问题

上面已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让学生自己来模拟实现string类，最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。大家看下以下string类的实现是否有问题？

// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:/*String():_str(new char[1]){*_str = '\0';}*///String(const char* str = "\0") 错误示范//String(const char* str = nullptr) 错误示范String(const char* str = ""){// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非if (nullptr == str){assert(false);return;}_str = new char[strlen(str) + 1];strcpy(_str, str);}~String(){if (_str){delete[] _str;_str = nullptr;}}private:char* _str;
}
// 测试
void TestString() //这里会出现浅拷贝的错误
{String s1("hello xlh!!!");String s2(s1);
}

说明：上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

2.2 浅拷贝

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

就像一个家庭中有两个孩子，但父母只买了一份玩具，两个孩子愿意一块玩，则万事大吉，万一不想分享就你争我夺，玩具损坏。

可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。父母给每个孩子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了

2.3 深拷贝

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。

2.3.1 传统版写法与现代法的String类

class string{public://构造函数string(const char* str = "")//后面会有一个'\0':_size(strlen(str))//初始化列表按成员声明顺序执行, _capacity(_size),_str(new char[strlen(str)+1]){strcpy(_str, str);}void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}//拷贝构造函数//传统写法/*string(const string& str){_size = str._size;_capacity = str._capacity;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str._str);}*/string(const string& str):_size(0), _capacity(0),_str(nullptr){string tmp(str._str);//调用构造函数swap(tmp);}//赋值运算符重载//传统写法//string& operator=(const string& str)//{//	if(this != &str)//	{//		/*reserve(str._size);//		strcpy(_str, str._str);//		_size = str._size;//		return *this;*///		char* tmp = new char[str._capacity + 1];//		strcpy(tmp, str._str);//		delete[] _str;//		_str = tmp;//		_size = str._size;//		_capacity = str._capacity;//		return *this;//	}//}//现代写法//string& operator=(const string& str)//{//	if (this != &str)//	{//		string tmp(str);//调用拷贝构造//		//string tmp(str._str);//也可以调用构造函数//		//this->swap(tmp);//		swap(tmp);//tmp最后会释放原来this的空间//	}//	return *this;//}//极致的现代写法string& operator=(string tmp){swap(tmp);return *this;}//析构函数~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;const static size_t npos;//静态成员变量，不走初始化列表，静态成员变量不能给缺省值//const 静态 整形 可以//const size_t string::npos = -1;//特例
};