【C++】string

文章目录

  • 1. 标准库中的string类
    • 1.1 string类
  • 2 string类的常用接口说明
    • 2.1 string类对象的常见构造
    • 2.2 string类对象的容量操作
    • 2.3. string类对象的访问及遍历操作
    • 2.4 string类对象的修改操作
    • 2.5 string类非成员函数
    • 2.6 vs和g++下string结构的说明


1. 标准库中的string类

1.1 string类

string类的文档介绍

  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)。
  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。
  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边长字符(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, alloctor>string;
  4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。
  5. 在使用string类时,必须包含#include头文件以及using namespace std;

2 string类的常用接口说明

2.1 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
}

2.2 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)检测字符串是否为空串,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)将有效字符的个数改成n个,多出的空间用字符c填充

代码演示

// 测试string容量相关的接口
// size/clear/resize
void Teststring1()
{// 注意:string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出string s("hello, string!");cout << s.size() << endl;cout << s.length() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl << 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 << 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(10, 'a');cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl << 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(15);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl << 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;
}//====================================================================================
void Teststring2()
{string s;// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数(不会改变)s.reserve(100);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl << endl;// 测试reserve参数小于string的底层空间大小时,是否会将空间缩小(不会缩小)s.reserve(50);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;
}// 利用reserve提高插入数据的效率,避免增容带来的开销
//====================================================================================

注意:

  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(size_t 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,reserve不会改变容量大小。

2.3. 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
begin + endbegin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反向迭代器
范围forC++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

代码演示

// string的遍历
// begin()+end()   for+[]  范围for
// 注意:string遍历时使用最多的还是for+下标 或者 范围for(C++11后才支持)
// begin()+end()大多数使用在需要使用STL提供的算法操作string时,比如:采用reverse逆置string
void Teststring3()
{string s1("hello string");const string s2("Hello string");cout << s1 << " " << s2 << endl;cout << s1[0] << " " << s2[0] << endl;s1[0] = 'H';cout << s1 << endl;// s2[0] = 'h';   代码编译失败,因为const类型对象不能修改
}void Teststring4()
{string s("hello string");// 3种遍历方式:// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象,还可以遍历时修改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];cout << endl;// 2.迭代器string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it;++it;}cout << endl;// string::reverse_iterator rit = s.rbegin();// C++11之后,直接使用auto定义迭代器,让编译器推导迭代器的类型auto rit = s.rbegin();while (rit != s.rend()){cout << *rit;++rit;}cout << endl;// 3.范围forfor (auto ch : s)cout << ch;cout << endl;
}

2.4 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
appebd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

代码演示

// 测试string:
// 1. 插入(拼接)方式:push_back  append  operator+= 
// 2. 正向和反向查找:find() + rfind()
// 3. 截取子串:substr()
// 4. 删除:erase
void Teststring5()
{string str;str.push_back(' ');				// 在str后插入空格str.append("hello");			// 在str后追加一个字符串"hello"str += 's';						// 在str后追加一个字符's'   str += "tring";					// 在str后追加一个字符串"tring"cout << str << endl;cout << str.c_str() << endl;	// 以C语言的方式打印字符串cout << endl;// 获取file的后缀string file("string.cpp");size_t pos = file.rfind('.');string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));cout << suffix << endl;cout << endl;// npos是string里面的一个静态成员变量// static const size_t npos = -1;// 取出url中的域名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;return;}start += 3;size_t finish = url.find('/', start);string address = url.substr(start, finish - start);cout << address << endl;// 删除url的协议前缀pos = url.find("://");url.erase(0, pos + 3);cout << url << endl;
}

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。

2.5 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

2.6 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。
在这里插入图片描述

  • 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
    • 指向堆空间的指针,用来存储字符串
struct _Rep_base
{size_type _M_length;size_type _M_capacity;_Atomic_word _M_refcount;
};

本文完

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