绝对力作：解锁string的所有关键接口，万字深度解析！

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🍔前言：

通过博主的上篇文章，我相信大家已经认识了STL并且已经迫不及待想学习了，现在我们就走近STL的第一种类——string。

为什么学习string类？

C语言中的字符串

标准库中的string类

string类(了解)

string类的常用接口说明

string类对象的常见构造

string类对象的容量操作

string类对象的访问及遍历操作

string类对象的修改操作

string类非成员函数

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。

C++中的string相对于C语言中的字符数组和字符串处理函数优化了以下方面：

自动内存管理：C语言中的字符串需要手动管理内存，包括分配、释放和确保缓冲区足够大。std::string自动处理内存管理，动态调整内部存储以适应字符串的长度，减少了内存泄漏和缓冲区溢出的风险。

安全性：C语言中的字符串操作容易导致缓冲区溢出和内存错误，这些问题可能导致安全漏洞。std::string通过封装字符串数据和提供安全的操作函数，降低了这些安全风险。

方便性：std::string提供了丰富的成员函数，使字符串的操作更加方便和直观。你可以轻松执行字符串连接、查找、替换、截取等操作，而不需要编写自定义函数或使用库函数。

抽象性：std::string是一个高级抽象数据类型，隐藏了底层实现细节。这意味着你不需要关心字符串的内部表示，只需使用std::string对象即可，这使代码更加清晰和易于维护。

性能：尽管std::string引入了一些开销，但它通常能够提供很好的性能。它可以动态分配和释放内存，以适应字符串的变化，而不需要频繁的手动内存操作，这在某些情况下可以提高效率。

标准库中的string类

string类(了解)

标准库中的string类

1. 字符串是表示字符序列的类
2. 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。
3. 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)。
5. 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：
1. string是表示字符串的字符串类
2. 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。

3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;
4. 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;

string类的常用接口说明

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

上述是比较常见的构造函数，是用来给字符串进行初始化的。具体的构造函数在C++98中有7种，而在C++11中已经更新至9种。

下面我们通过代码认识一下如何对string进行初始化：

int main()
{string s1;string s2("hello world");string s3(s2);return 0;
}

第一种就是以string() 为模型创建的空字符串，第二种是直接传入一个常量字符串即可，是以string(const char* s) 为模型创建的。第三种是以string(const string&s)为原型进行初始化，它也算是一种拷贝构造初始化，将我们的s2拷贝构造到s3种去。

以上三种也是最为重要的三种string初始化方式，现在我们可以继续拓展一下string为用户提供的其他的初始化方式，我们不需要全部记住，作为了解即可：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{string s1;string s2("hello world");string s3 = "hello world";string s4(s3, 6, 3);cout << s4 << endl;string s5(s3, 6, 13);cout << s5 << endl;string s6(s3, 6);cout << s6 << endl;string s7("hello world", 5);cout << s7 << endl;string s8(10, '*');cout << s8 << endl;return 0;
}

s4、s5、s6都是使用了string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);函数原型进行初始化的，这个初始化函数的作用是将str的字符串的pos位置后的len长度的字符串进行拷贝到未初始化的字符串中。函数中有一个参数len使用了缺省值的方法进行，所以我们不进行传值len也是可以的。

那如果我们的字符串本身大小只有10，但我们给予len超过字符串大小的值，此函数不会报错它会将字符串从pos位置处的内容拷贝完后结束！！！那npos是什么呢？

所以npos代表的就是最大整型长度，C++祖师爷敢笃定所以的字符串长度全都都没有i整型最大值大！所以不传len参数就是默认从pos位置处读取到字符串结尾。在之后的string接口中会出现许多npos参数，我们一定要熟记于心

s7是使用了string (const char* s, size_t n);函数模型进行初始化，作用是得到常量字符串的前n个内容进行初始化赋值。

而s8是使用了string (size_t n, char c);的函数模型，此函数支持C++11以上的版本。作用是初始化n个c的字符作为内容。

以上是比较常用或常见的初始化。

string类对象的容量操作

函数名称：	功能说明
size	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	检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false
clear	清空有效字符
reserve	为字符串预留空间
resize	将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充

以下是对string类对象容量操作实例：

int main()
{string s1("hello world");cout << s1.size() << endl;cout << s1.length() << endl;cout << s1.max_size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;return 0;
}

max_size函数是求字符串可以达到的最大长度的，一般情况下没有什么用。size与length函数的功能作用是一样的，只是出现的先后顺序不同，当时string出现时在C++标准库中并没有在STL中，所以函数接口是length，最后加入到STL后为了兼容性将length也加进去。

int main()
{// 观察扩容情况  -- 1.5倍扩容string s;//cout << sizeof(s) << endl;//s.reserve(100);size_t sz = s.capacity();cout << "making s grow:\n";cout << "capacity changed: " << sz << '\n';for (int i = 0; i < 100; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}

我们知道reserve是对数组进行扩容的函数，我们可以通过上述函数了解其中扩展的倍数。同样的函数在不同的编译器下的扩容倍数不相同，不能一直依赖与vs编译器。

在Linux下扩容是2倍，但是初始的空间非常少。在vs下扩容倍数为1.5倍左右，初始空间给的多。但是编译器实现自动扩容时也会有消耗，如果我们提前知道我们需要多少空间，我们可以使用reserve提前开出对应的空间就可以优化时间复杂度。

int main()
{// 注意：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出string s("hello, world!!!");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(20, '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(100);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;
}

上述我们在不同情况下使用了resize与clear函数进行操作。我们发现clear函数是将字符串中的内容全部清除，而resize是对字符串的内容进行改变，如果需要空间不足也可以进行开空间并且可以对字符串进行初始化操作，如果我们没有声明初始化字符，resize会将内容全部初始化为\0，resize也可以进行截断操作，将字符串只保留需要的个数，切记：截断不是缩容，因为字符串是一段连续的空间，如果进行缩容调用析构函数就会释放字符串的全部空间。

总结：

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。

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

要了解string类对象的访问遍历操作首先就得先纸雕迭代器iterator，迭代器（Iterator）是一种设计模式，用于以一种统一的方式遍历容器（如列表、集合、字典等）中的元素，而不暴露容器的内部结构。迭代器提供了一种简洁、一致的访问容器元素的方法，使得我们可以在不关心容器内部实现的情况下，逐个访问容器中的元素。

在目前string的学习中，我们可以先将迭代器iterator理解为一种指针类型，使用指针去遍历字符串。

void Teststring4()
{string s("hello Bit");// 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;
}

这是三种变量字符串的方式，第一种方式为 for+operator[]，因为[]已经重载，该返回的内容是当前下标对应的字符。我们只需要使用for进行遍历下标即可。

第二种方法是使用迭代器，而在字符串中迭代器更像一种指针，我们使用begin()与end()获取字符串的首位，让迭代器it进行遍历即可。

最后一种方法是范围for，其实与迭代器的原理是一样的，使用范围for后在进行编译时，编译器会将范围for的函数进行替换成迭代器函数。

我们可以通过反汇编看出。

rbegin与rend函数与begin和end恰好相反，而且我们的迭代器关键字成为reverse_iterator.

int main()
{string s1("hello world");string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();while (rit != s1.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}

而且迭代器在循环中是++，而不是--，我们的惯性思维就觉得应该是--。因为反向迭代器种++应该往左边走，反之--往右边走！！！

如果我们创建了一个类外函数，此函数的作用就是遍历数组但是参数有const修饰，我们还可以继续使用上述遍历方法直接CV上去吗？

void Func(const string& s)
{// 遍历和读容器的数据，不能写string::const_iterator it = s.begin();while (it != s.end()){//*it += 1;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;//string::const_reverse_iterator rit = s.rbegin();auto rit = s.rbegin();while (rit != s.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}int main()
{Func(s1);return 0;
}

因为当我们是普通迭代器时，begin返回普通迭代器，当我们用const修饰时，begin就返回有const修饰的，所以无论时begin、end、rbegin还是rend都有两个版本，有const修饰与无const的。所以我们必须使用const迭代器进行接受bengin的返回值。其实在C++11中已经有专门返回和接受const的函数：

但是begin函数已经被后人所用习惯了，所以使用begin、end……也没有错，但要注意区分类型。

每次在声明一个类型太长，这是我们就可以使用auto自动识别变量类型！

operator[]重载遍历非常好用，那为什么还要继续使用迭代器进行访问呢？因为目前学习的内容都是一段连续的空间，所以说可以使用数组访问，但是以后学习链表、二叉树……数据结构的空间是不连续的，所以我们就要使用迭代器进行遍历。

其实operator[]与at的函数是一样的，都是返回当前pos位置的下标，那我们为什么要去鼓励大家去使用operator[]而不是at呢？因为operator[]函数体中使用的是assert断言函数，如果函数访问越界直接会使程序终止，而at函数是抛异常给编译器，没有operator[]那么严格，但是字符串越界是非常危险的行为，所以使用operator[]更加安全。

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
insert	在pos位置插入字符c或字符串
substr	在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

insert函数就是在字符串pos位置插入字符串或者字符，提供的函数模板也非常多：

有在pos位置插入字符串的，有在pos位置插入字符的，有在pos位置插入n个字符的、也有使用迭代器进行插入的……非常多，这里我们看几个常用的函数模型，但是我们知道insert从中间插入字符/字符串都要将后面的内容进行平移，效率不是很高，所以不推荐经常使用insert函数。

int main()
{// insert/erase不推荐经常使用，能少用就少用// 因为他们可能都存在要挪动数据，效率低下string s1("world");s1.insert(0, "hello");cout << s1 << endl;//s1.insert(5, 1, ' ');//s1.insert(5, " ");s1.insert(s1.begin()+5, ' ');cout << s1 << endl;return 0;
}

上面函数的目的就是在world前加上hello，在hello与world之间加上空格，加上空格有三种表示方式，分别是将空格看作字符或字符串，还有一种是使用迭代器寻找目标位置。

说了insert插入就要在提一嘴erase在pos位置删除，与insert是相对的。根据函数原型，我们就可以正确的使用其函数，其中npos与上述的npos意义相同，不知道的可以浏览上面内容。

int main()
{string s2("hello world");//s2.erase(5, 1);s2.erase(s2.begin() + 5);cout << s2 << endl;s2.erase(5, 30);//s2.erase(5);cout << s2 << endl;return 0;
}

如果字符串的大小小于所需删除的大小，直接将字符串全部内容删除即可。

replacd函数就是将pos位置的大小为n字符串进行替换，也不推荐使用，这里我就不过多演示了，有个了解即可。

int main()
{string s1("hello world");s1.replace(5, 1, "%%d");cout << s1 << endl;return 0;
}

接下来就是我们的重点，find函数。find函数还是很方便和实用的。它是从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置。

find函数找到了返回下标，没找到返回-1，而find函数的返回值为size_t，所以返回值npos。我们也可以看出find函数的pos参数为缺省参数，如果给予pos值就是从pos位置开始寻找，如果不传参也可以，find函数就从字符串开始位置开始寻找。

我们可以通过学习find函数与replace函数做一道非常经典的题目，将字符串中的空格全部替换为$$号：

int main()
{string s1("hello world i love you");size_t pos = s1.find(' ');while (pos != string::npos){s1.replace(pos, 1, "$$");pos = s1.find(' ', pos + 3);}cout << s1 << endl;return 0;
}

这样替换可能导致空间不足，我们可以提前算好需要多少空间然后进行提前开空间进行优化：

int main()
{string s1("hello world i love you");size_t num = 0;for (auto ch : s1){if (ch == ' ')++num;}// 提前开空间，避免repalce时扩容s1.reserve(s1.size() + 2 * num);size_t pos = s1.find(' ');while (pos != string::npos){s1.replace(pos, 1, "$$");pos = s1.find(' ', pos + 3);}cout << s1 << endl;return 0;
}

rfind函数与find函数刚好相反，rfind函数是从pos位置向前寻找，函数参数相同。

c_str的函数也非常重要，是返回C格式字符串

int main()
{string s1("hello world");cout << s1 << endl;cout << s1.c_str() << endl;cout << (void*)s1.c_str() << endl;return 0;
}

直接使用s1标准io流可以进行输出，使用此函数也可以进行输出，那这个函数有什么用呢？s1是属于自定义类型，调用自己的流插入，而s1.c_str返回的是字符串的指针,而cout打印指针时在一般情况下打印的是指针地址，而char*却打印的是字符串。

在特殊情况下我们还必须使用c_str.

int main()
{cout << s1 << endl;cout << s1.c_str() << endl;s1 += '\0';s1 += '\0';s1 += "xxxxx";cout << s1 << endl;cout << s1.c_str() << endl;return 0;
}

我们先来看一下当给s1\0再加上xxxxx后，再次打印后我们可以看出不同：

我们如果按照流插入去打印，它是按照你的size去打印的不管\0，而c_str返回的是const char*，遇到\0就会终止，无论后面是否还有内容。

在文件打开使用fopen函数时，如果字符串是string类时就不能传给fopen，所以我们使用c_str即可：

int main()
{
string filename("test.cpp");
FILE* fout = fopen(filename.c_str(), "r");
if (fout == nullptr)perror("fopen fail");char ch = fgetc(fout);
while (ch != EOF)
{cout << ch;ch = fgetc(fout);
}fclose(fout);
return 0;
}

substr函数是在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回一个子字符串，我们可以创建一个string类型变量进行接收。

所以我们在特定的场景下进行使用此函数：

int main()
{string file("string.cpp.tar.zip");size_t pos = file.rfind('.');if (pos != string::npos){//string suffix = file.substr(pos, file.size() - pos);string suffix = file.substr(pos);cout << suffix << endl;}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;}start += 3;size_t finish = url.find('/', start);string address = url.substr(start, finish - start);cout << address << endl;return 0;
}

如果我们想要对一个文件取其后缀，我们就可以使用此函数进行截取。上述函数就可以取到一个文件的最后一个后缀，或者想要截取网址的中间部分都可以使用substr函数进行操作。

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。

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>>	输入运算符重载
operator<<	输出运算符重载
getline	获取一行字符串
relational operators	大小比较