C++ 标准程序库std::string 详解

  • 现在一般不再使用传统的char*而选用C++标准程序库中的string类，是因为string标准程序和char*比较起来，不必担心内存是否足够、字符串长度等等，而且作为一个类出现，集成的操作函数足以完成大多数情况下(甚至是100%)的需要。比如，可以用 = 进行赋值操作，== 进行比较，+ 做串联。尽可以把它看成是C++的基本数据类型。C++是将面向过程的C语言和面向对象的Java语言拼接到一起而组成的一种高级语言。
  • 标准模板库（STL）提供了一个std::string类，其是std::basic_string的一个特化，它是一个容器类，可把字符串当作普通类型来使用，并支持比较、连接、遍历、STL算法、复制、赋值等等操作，这个类定义在<string>头文件中。
  • #include <string> //注意这里不是string.h string.h是C字符串头文件

1．声明一个C++字符串
std::string类的构造函数

  • 声明一个字符串变量很简单：string Str;
  • 这样就声明了一个字符串变量，但既然是一个类，就有构造函数和析构函数。上面的声明没有传入参数，所以就直接使用了string的默认的构造函数，这个函数所作的就是把Str初始化为一个空字符串。
  • String类的构造函数和析构函数如下：

a) string s(); //生成一个空字符串s
b) string s(str) //拷贝构造函数 生成str的复制品string(const string& str)
c) string s(str,stridx) //将字符串str内"始于位置stridx"的部分当作字符串的初值
d) string s(const string& str, size_type pos,strlen) //将字符串str内"始于pos且长度顶多strlen"的部分作为字符串的初值
e) string s(const char *C) //将C字符串作为s的初值
f) string s(const char* str, size_type n) //使用字符串str的前n个字符初始化作为字符串s的初值。
g) string s(int num,char c) //生成一个字符串，包含num个c字符
h) string s(beg,end) //以区间beg;end(不包含end)内的字符作为字符串s的初值
i) s.~string() //销毁所有字符，释放内存
当构造的string太长而无法表达时会抛出length_error异常


2．字符串操作函数
这里是C++字符串的重点，先把各种操作函数罗列出来，不喜欢把所有函数都看完的人可以在这里找自己喜欢的函数，再到后面看他的详细解释。
a) =,assign() //赋以新值
b) swap() //交换两个字符串的内容
c) +=,append(),push_back() //在尾部添加字符
d) insert() //插入字符
e) erase(int nStart,int nEnd) //删除nStart—nEnd位置字符
f) clear() //删除全部字符
g) replace() //替换字符
h) + //串联字符串
i) ==,!=,<,<=,>,>=,compare() //比较字符串
j) size(),length() //返回字符数量
k) max_size() //返回字符的可能最大个数
l) empty() //判断字符串是否为空
m) capacity() //返回重新分配之前的字符容量
n) reserve() //保留一定量内存以容纳一定数量的字符
o) [ ], at() //存取单一字符
p) >>,getline() //从stream读取某值
q) << //将谋值写入stream
r) copy() //将某值赋值为一个C_string
s) c_str() //将内容以C_string返回
t) data() //将内容以字符数组形式返回
u) substr() //返回某个子字符串
v)查找函数
w)begin() end() //提供类似STL的迭代器支持
x) rbegin() rend() //逆向迭代器
y) get_allocator() //返回配置器
下面详细介绍：

2.1 C++字符串和C字符串的转换
C ++提供的由C++字符串得到对应的C_string的方法是使用data()、c_str()和copy()，其中，data()以字符数组的形式返回字符串内容，但并不添加’\n’。c_str()返回一个以‘\n’结尾的字符数组，而copy()则把字符串的内容复制或写入既有的c_string或字符数组.

2．2 大小和容量函数
一个C++字符 串存在三种大小：

  • 现有的字符数，函数是size()和length()，他们等效。Empty()用来检查字符串是否为空。
  • max_size() 这个大小是指当前C++字符串最多能包含的字符数，很可能和机器本身的限制或者字符串所在位置连续内存的大小有关系。不够用的话，会抛出length_error异常
  • capacity()重新分配内存之前 string所能包含的最大字符数。这里另一个需要指出的是reserve()函数，这个函数为string重新分配内存。重新分配的大小由其参数决定， 默认参数为0，这时候会对string进行非强制性缩减。

还有必要再重复一下C++字符串和C字符串转换的问题，许多人会遇到这样的问题，自己做的程序要调用别人的函数、类什么的（比如数据库连接函数Connect(char*,char*)），但别人的函数参数用的是char*形式的，而我们知道，c_str()、data()返回的字符数组由该字符串拥有，所以是一种const char*,要想作为上面提及的函数的参数，还必须拷贝到一个char*,如果 此函数对参数(也就是char*)的内容不修改的话，可以进行强制类型的转换，比如Connect((char*)UserID.c_str(), (char*)PassWD.c_str()),但是这时候是存在危险的，因为这样转换后的字符串其实是可以修改的，所以强调除非函数调用的时候不对参数进行修改，否则必须拷贝到一个char*上去。当然，更稳妥的办法是无论什么情况都拷贝到一个char*上去。

2．3元素存取

  • 可以使用下标操作符[]和函数at()对元素包含的字符进行访问。但是应该注意的是操作符[]并不检查索引是否有效（有效索引0~str.length()），如果索引失效，会引起未定义的行为。而at()会检查，如果使用 at()的时候索引无效，会抛出out_of_range异常。
  • 有一个例外不得不说，const string a;的操作符[]对索引值是a.length()仍然有效，其返回值是’’。其他的各种情况，a.length()索引都是无效的。举例如下：
const string Cstr("const string");
string Str("string");Str[3]; //ok
Str.at(3); //okStr[100]; //未定义的行为
Str.at(100); //throw out_of_rangeStr[Str.length()] //未定义行为
Cstr[Cstr.length()] //返回 ‘’
Str.at(Str.length());//throw out_of_range
Cstr.at(Cstr.length()) throw out_of_range


我不赞成类似于下面的引用或指针赋值：
char& r=s[2];
char* p= &s[3];
因为一旦发生重新分配，r,p立即失效。避免的方法就是不使用。

2．4比较函数
C ++字符串支持常见的比较操作符（>,>=,<,<=,==,!=），甚至支持string与C-string的比较(如 str<"hello")。在使用>,>=,<,<=这些操作符的时候是根据"当前字符特性"将字符按字典顺序进行逐一得 比较。字典排序靠前的字符小，比较的顺序是从前向后比较，遇到不相等的字符就按这个位置上的两个字符的比较结果确定两个字符串的大小。同时，string ("aaaa") <string(aaaaa)。
另一个功能强大的比较函数是成员函数compare()。他支持多参数处理，支持用索引值和长度定位子串来进行比较。他返回一个整数来表示比较结果，返回值意义如下：0-相等 >0-大于 <0-小于。举例如下：
string s("abcd");

s.compare("abcd"); //返回0
s.compare("dcba"); //返回一个小于0的值
s.compare("ab"); //返回大于0的值

s.compare(s); //相等
s.compare(0,2,s,2,2); //用"ab"和"cd"进行比较 小于零
s.compare(1,2,"bcx",2); //用"bc"和"bc"比较。

2．5 更改内容
这在字符串的操作中占了很大一部分。
首先讲赋值，第一个赋值方法当然是使用操作符=，新值可以是string(如：s=ns) 、c_string(如：s="gaint")甚至单一字符（如：s=’j’）。还可以使用成员函数assign()，这个成员函数可以使你更灵活的对字符串赋值。还是举例说明吧：
s.assign(str); //不说
s.assign(str,1,3);//如果str是"iamangel" 就是把"ama"赋给字符串
s.assign(str,2,string::npos);//把字符串str从索引值2开始到结尾赋给s
s.assign("gaint"); //不说
s.assign("nico",5);//把’n’ ‘I’ ‘c’ ‘o’ ‘’赋给字符串
s.assign(5,’x’);//把五个x赋给字符串
把字符串清空的方法有三个：s="";s.clear();s.erase();
string提供了很多函数用于插入（insert）、删除（erase）、替换（replace）、增加字符。
先说增加字符（这里说的增加是在末尾上），函数有 +=、append()、push_back()。举例如下：
s+=str;//加个字符串
s+="my name is jiayp";//加个C字符串
s+=’a’;//加个字符

s.append(str);
s.append(str,1,3);//不解释了 同前面的函数参数assign的解释
s.append(str,2,string::npos)//不解释了

s.append("my name is jiayp");
s.append("nico",5);
s.append(5,’x’);
2.5.1、在字符串结尾插入其他元素。
s.push_back(‘a’);//这个函数只能增加单个字符 对STL熟悉的理解起来很简单
2.5.2、 在指定位置插入字符串或字符。

也许你需要在string中间的某个位置插入字符串，这时候你可以用insert()函数，这个函数需要你指定一个安插位置的索引，被插入的字符串将放在这个索引的后面。
s.insert(0,"my name");
s.insert(1,str);
这种形式的insert()函数不支持传入单个字符，这时的单个字符必须写成字符串形式。为了插 入单个字符，insert()函数提供了两个对插入单个字符操作的重载函数：insert(size_type index,size_type num,chart c)和insert(iterator pos,size_type num,chart c)。其中size_type是无符号整数，iterator是char*,所以，你这么调用insert函数是不行的：insert(0,1, ’j’);这时候第一个参数将转换成哪一个呢？所以你必须这么写：insert((string::size_type)0,1,’j’)！第二种形式指出了使用迭代器安插字符的形式，在后面会提及。顺便提一下，string有很多操作是使用STL的迭代器的，他也尽量做得和STL靠近。
删除函数erase()的形式也有好几种，替换函数replace()也有好几个。举例吧：
string s="il8n";
s.replace(1,2,"nternationalizatio");//从索引1开始的2个替换成后面的C_string

2.5.3、 删除字符串的某一部分。
s.erase(13);//从索引13开始往后全删除
s.erase(7,5);//从索引7开始往后删5个

2．6提取子串和字符串连接
提取子串的函数是：substr(),形式如下：
s.substr();//返回s的全部内容
s.substr(11);//从索引11往后的子串
s.substr(5,6);//从索引5开始6个字符
把两个字符串结合起来的函数是+。
2．7输入输出操作
1．>> 从输入流读取一个string。
2．<< 把一个string写入输出流。
另一个函数就是getline(),他从输入流读取一行内容，直到遇到分行符或到了文件尾。

2．8搜索与查找

std::string类的查找函数
查找函数很多，功能也很强大，包括了：
find()
rfind()
find_first_of()
find_last_of()
find_first_not_of()
find_last_not_of()
这些函数返回符合搜索条件的字符区间内的第一个字符的索引，没找到目标就返回npos。所有的函数的参数说明如下：
第一个参数是被搜寻的对象。第二个参数（可有可无）指出string内的搜寻起点索引，第三个参数（可有可无）指出搜寻的字符个数。最后再说说npos的含义，string::npos的类型是string::size_type,所以，一旦需要把一个索引与npos相比，这个索引值必须是string::size)type类型的，更多的情况下，我们可以直接把函数和npos进行比较（如：if(s.find("jia")== string::npos)）。

3.1、使用STL算法

std::string name = "marius";// 使字符串全为大写

std::transform(name.begin(), name.end(), name.begin(),toupper);

std::string name = "marius";

// 升序排列字符串

std::sort(name.begin(), name.end());

std::string name = "marius";

// 反转字符串

std::reverse(name.begin(), name.end());

bool iswhitespace(char ch)

{

return  ch == ' ' || ch == 't' || ch == 'v' ||

ch == 'r' || ch == 'n';

}

std::string name = " marius  ";

// 删除空白字符

std::string::iterator newend = std::remove_if(name.begin(), name.end(), iswhitespace);

name.erase(newend);

std::string类的替换函数

函数1：
std::string & replace(size_type pos1, size_type n1, const std::string & str, size_type pos2 = 0, size_type n2 = npos);

该函数的作用：使用str字符串从位置pos2开始的n2个字符，替换当前字符串从pos1位置开始处的n1个字符。
可以这样理解：该函数将当前字符串从pos1开始的n1个字符全部删除，然后再用str整个字符串或者str从pos2开始的n2个字符，从pos1位置开始填入到当前字符串中。

提醒：如果n1或者n2的数值超出了对应字符串的长度，以实际长度为准，不会出现访问越界的情况。

注意：
a、如果pos1指定的位置超出当前字符串的范围，抛出std::out_of_range异常，不捕捉将导致coredump。
b、如果pos2指定的位置超出替换字符串str的范围，抛出std::out_of_range异常，不捕捉将导致coredump。

函数2：
std::string& replace(size_type pos, size_type n1, const char * s, size_type n2);

该函数的作用：使用字符串s的前n2个字符，替换当前字符串从pos位置开始处的n1个字符。
可以这样理解：函数将当前字符串从pos开始的n1个字符全部删除，然后再用字符串s的前n2个字符填入到当前字符串中。类似于函数1的pos2等于0，必须指定n2的这种情况，但也有一点的差别，下面会注意里描述这种差别。
注意：
a、如果pos指定的位置超出当前字符串的范围，抛出std::out_of_range异常，不捕捉将导致coredump。
b、该函数不会判断字符串s和n2的大小关系，它严格地从s起始处拷贝n2个字符到指定位置。如果n2表示的长度超出了s的范围，它会读取s后面的内存空间，有可能会因为内存访问越界而coredump。但函数1的n2可以超出范围，它以实际长度为准。

函数3：
std::string& replace(size_type pos, size_type n1, const char* s);

该函数的作用：使用以''为结尾的字符串s，替换当前字符串从pos位置开始处的n1个字符。
可以这样理解：函数将当前字符串从pos开始的n1个字符全部删除，然后再用字符串s从开始到以''结束的所有字符，从pos位置开始填入到当前字符串中。

注意：如果pos指定的位置超出当前字符串的范围，抛出std::out_of_range异常，不捕捉将导致coredump。

函数4：
std::string& replace(size_type pos, size_type n1, size_type n2, char c);

该函数的作用：使用n2个c表示的字符，替换当前字符串从pos位置开始处的n1个字符。
可以这么理解：函数将当前字符串从pos开始的n1个字符全部删除，然后再用n2个c字符，从pos位置开始填入到当前字符串中。

注意：如果pos指定的位置超出当前字符串的范围，抛出std::out_of_range异常，不捕捉将导致coredump。

函数5：
std::string& replace(iterator i1, iterator i2, const std::string& str);

该函数的作用：使用字符串str，替换当前字符串[i1,i2)之间的字符。

函数6：
std::string& replace(iterator i1, iterator i2, const char* s, size_type n);

该函数的作用：使用字符串s的前n个字符，替换当前字符串[i1,i2)之间的字符。

函数7：
std::string& replace(iterator i1, iterator i2, const char* s);

该函数的作用：使用以''结尾的字符串s，替换当前字符串[i1,i2)之间的字符。

函数8：
std::string& replace(iterator i1, iterator i2, size_type n, char c);

该函数的作用：使用n个c表示的字符，替换当前字符串[i1,i2)之间的字符。

std::string类的内部类型定义

typedef traits traits_type;

typedef typename traits::char_type value_type;

typedef size_t size_type;

typedef Allocator allocator_type;

typedef ptrdiff_t difference_type;

typedef Allocator allocator_type;

typedef Allocator allocator_type;

typedef Allocator allocator_type;

typedef charT& reference; typedef const charT& const_reference; typedef charT* pointer; typedef const charT* const_pointer; typedef pointer iterator; typedef const_pointer const_iterator; typedef ::reverse_iterator reverse_iterator; typedef ::reverse_iterator const_reverse_iterator; static const size_type npos = static_cast(-1);

std::string类的赋值运算符

string& operator= (const char* s);
string& operator= (char c);
string& operator+= (const string& rhs);
string& operator+= (const char* s);
string& operator+= (char c);
string operator+ (const string & lhs, const string & rhs);
string operator+ (const char* lhs, const string & rhs);
string operator+ (char lhs, const string & rhs);
string operator+ (const string & lhs, const char* rhs);
string operator+ (const string & lhs, char rhs);

std::string类的逻辑运算符

bool operator== (const string & lhs, const string & rhs);
bool operator== (const char* lhs, const string & rhs);
bool operator== (const string & lhs, const char* rhs);
bool operator!= (const string & lhs, const string & rhs);
bool operator!= (const char* lhs, const string & rhs);
bool operator!= (const string & lhs, const char* rhs);
bool operator< (const string & lhs, const string & rhs);
bool operator< (const char* lhs, const string & rhs);
bool operator< (const string & lhs, const char* rhs);
bool operator> (const string & lhs, const string & rhs);
bool operator> (const char* lhs, const string & rhs);
bool operator> (const string & lhs, const char* rhs);
bool operator<= (const string & lhs, const string & rhs);
bool operator<= (const char * lhs, const string & rhs);
bool operator<= (const string & lhs, const char * rhs);
bool operator>= (const string & lhs, const string & rhs);
bool operator>= (const char* lhs, const string & rhs);
bool operator>= (const string & lhs, const char* rhs);
istream& operator >> (istream&, string &);
ostream& operator << (ostream&, const string &);
istream& getline (istream&, string &, char delim = 'n');

参考链接

  • https://en.cppreference.com/w/cpp/string/basic_string
  • https://en.cppreference.com/w/cpp/string/basic_string/basic_string
  •  

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