C++ STL之string的使用及模拟实现

文章目录

  • 1. 前言
  • 2. 介绍
  • 3. string类的使用
    • 3.1 string类的构造函数
    • 3.2 string类对象的容量操作
    • 3.3 string类对象的访问及遍历操作
    • 3.4 string类对象的修改操作
    • 3.5 string类对象的字符串操作
    • 3.6 string类的非成员函数
  • 4. string类的模拟实现

1. 前言

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，不太符合面向对象编程的思想，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。所以C++引入了string类作为标准库中用于处理字符串的数据类型。string类封装了字符串的操作，提供了更方便、安全和高级的字符串处理功能，更符合面向对象编程的思想。

2. 介绍

英文解释：

在这里插入图片描述

简单来说：

  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。

3. string类的使用

3.1 string类的构造函数

(constructor)函数代码功能说明
string();（默认构造函数）构造一个空字符串，长度为零个字符。
string(const string& str);（拷贝构造函数）构造一个 str 的副本。
string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);（子串构造函数）拷贝 str 从字符位置 pos 开始，跨越 len 个字符（如果 str 太短或者 len 为string::npos，则复制直到 str 的末尾）。
string(const char* s);拷贝由 s 指向的以空字符结尾的字符序列（C 字符串）。
string (const char* s, size_t n);从由 s 指向的字符数组中拷贝前 n 个字符。
string(size_t n, char c);使用字符 c 连续填充字符串 n 次。
template <class InputIterator> string (InputIterator first, InputIterator last);拷贝迭代器区间[first, last)范围内的字符序列。

实例：

// string constructor
#include <iostream>
#include <string>int main()
{std::string s0("Initial string");// 按照上述描述的顺序使用的构造函数std::string s1;std::string s2(s0);std::string s3(s0, 8, 3);std::string s4("A character sequence");std::string s5("Another character sequence", 12);std::string s6a(10, 'x');std::string s6b(10, 42);      // 42 is the ASCII code for '*'std::string s7(s0.begin(), s0.begin() + 7);std::cout << "s1: " << s1 << "\ns2: " << s2 << "\ns3: " << s3;std::cout << "\ns4: " << s4 << "\ns5: " << s5 << "\ns6a: " << s6a;std::cout << "\ns6b: " << s6b << "\ns7: " << s7 << '\n';return 0;
}

输出结果：

在这里插入图片描述

3.2 string类对象的容量操作

函数名称代码功能说明
sizesize_t size() const;返回字符串有效字符长度。
lengthsize_t length() const;返回字符串有效字符长度。
max_sizesize_t max_size() const;返回字符串可以达到的最大长度。
resizevoid resize (size_t n);
void resize (size_t n, char c);		将字符串调整为长度为 n 的字符。如果 n 小于当前字符串的长度，当前值将缩短为其前 n 个字符，删除第 n 个字符之后的字符。如果 n 大于当前字符串的长度，当前内容将被扩展，插入足够数量的字符以达到大小为 n。如果指定了字符 c，则新元素将被初始化为 c 的副本，否则它们将是值初始化的字符（空字符）。
capacitysize_t capacity() const;以字节为单位，返回当前为字符串分配的存储空间的大小。
reservevoid reserve (size_t n = 0);请求将字符串的容量调整为计划更改的大小，最多达到长度为 n 的字符。如果 n 大于当前字符串的容量，该函数将导致容器增加其容量以容纳 n 个字符（或更多）。在所有其他情况下，它被视为非强制性请求来缩小字符串的容量：容器的实现可以自由优化，并保留容量大于 n 的字符串。该函数不会对字符串长度产生影响，也不能修改其内容。
clearvoid clear();清空有效字符。
emptybool empty() const;返回字符串是否为空（即长度是否为 0）。

3.3 string类对象的访问及遍历操作

函数名称代码功能说明
operator[]char& operator[] (size_t pos);
const char& operator[] (size_t pos) const;		返回字符串中位置 pos 处字符的引用。
atchar& at (size_t pos);
const char& at (size_t pos) const;		返回字符串中位置 pos 处字符的引用。该函数会自动检查 pos 是否是字符串中一个有效的字符位置（即，pos 是否小于字符串的长度），如果不是，则抛出 out_of_range 异常。
backchar& back();
const char& back() const;		返回字符串的最后一个字符的引用。该函数不应在空字符串上调用。
frontchar& front();
const char& front() const;		返回字符串的第一个字符的引用。

遍历操作

#include <iostream>
#include <string>int main()
{std::string str("Test string");// 1.普通下标遍历for (size_t i = 0; i < str.size(); ++i)std::cout << str[i];std::cout << '\n';// 2.迭代器遍历for (std::string::iterator it = str.begin(); it != str.end(); ++it)std::cout << *it;std::cout << '\n';// 3.范围for遍历for (auto e : str)std::cout << e;std::cout << '\n';return 0;
}

解释

  1. 普通下标遍历：
    在这个部分的代码中，使用了一个普通的for循环和下标操作符[]来遍历字符串中的字符。循环变量i从0开始递增，直到达到字符串的长度（通过str.size()获取）。在每次迭代中，使用str[i]来获取对应位置的字符，并使用std::cout打印出来。
  2. 迭代器遍历：
    这部分代码使用了迭代器来遍历字符串中的字符。通过调用str.begin()获取字符串的起始位置迭代器，并使用str.end()获取字符串的结束位置迭代器。然后，使用一个for循环和迭代器操作来遍历字符串中的每个字符。在每次迭代中，使用解引用操作符*来获取当前迭代器指向的字符，并使用std::cout打印出来。
  3. 范围for遍历：
    在这部分代码中，使用了范围for循环来遍历字符串中的字符。通过for (auto e : str)的语法，将字符串中的每个字符依次赋值给变量e。在每次迭代中，直接使用变量e来表示当前字符，并使用std::cout打印出来。

3.4 string类对象的修改操作

函数名称代码功能说明
operator+=string& operator+= (const string& str);
string& operator+= (const char* s);
string& operator+= (char c);		在字符串末尾追加字符串 str、C字符串 s 或字符 c。
appendstring& append (const string& str);在字符串后追加一个字符串 str。
push_backvoid push_back (char c);在字符串后尾插字符 c。
insertstring& insert (size_t pos, const string& str);在指定位置 pos 插入另一个字符串 str。
erasestring& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos);从字符串的位置 pos 开始删除长度为 len 的字符（如果内容太短或者 len 为 string::npos，则直到字符串的末尾）。如果未提供 len 参数，则默认删除从位置 pos 开始到字符串末尾的所有字符（类似于成员函数 clear）。返回一个引用，指向当前字符串的修改后的对象。

3.5 string类对象的字符串操作

函数名称代码功能说明
c_strconst char* c_str() const;回一个指向以空字符结尾的字符序列（即 C 字符串）的指针，该字符序列表示当前字符串对象的值。
substrstring substr (size_t pos = 0, size_t len = npos) const;返回一个新构造的字符串对象，其值为当前对象的子串副本。子串是从字符位置 pos 开始的、长度为 len 的字符序列（或者直到字符串的末尾）。
findsize_t find (const string& str, size_t pos = 0) const;
size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const;		在当前字符串的 pos 索引位置（默认为0）开始，查找子串 str（或C 字符串 s），返回找到的位置索引，-1表示查找不到子串。
rfindsize_t rfind (const string& str, size_t pos = npos) const;
size_t rfind (const char* s, size_t pos = npos) const;		在当前字符串的 pos 索引位置开始，反向查找子串 str（或C 字符串 s），返回找到的位置索引，-1表示查找不到子串。
find_first_ofsize_t find_first_of (const char* s, size_t pos = 0) const;在当前字符串的 pos 索引位置（默认为0）开始，在字符串中搜索与其参数中指定的任意字符匹配的第一个字符。
find_last_ofsize_t find_last_of (const char* s, size_t pos = npos) const;在当前字符串的 pos 索引位置（默认为0）开始，在字符串中搜索与其参数中指定的任意字符匹配的最后一个字符。
find_first_not_ofsize_t find_first_not_of (const char* s, size_t pos = 0) const;在当前字符串的 pos 索引位置开始，在字符串中搜索与其参数中指定的任意字符不匹配的第一个字符。
find_last_not_ofsize_t find_last_not_of (const char* s, size_t pos = npos) const;在当前字符串的 pos 索引位置开始，在字符串中搜索与其参数中指定的任意字符不匹配的最后一个字符。

3.6 string类的非成员函数

函数名称代码功能说明
operator+string operator+ (const string& lhs, const string& rhs);返回一个新构造的字符串对象，其值是将 lhs 的字符后跟 rhs 的字符连接而成。
operator>>istream& operator>> (istream& is, string& str);支持 cin 读入 string 类对象，遇到空格回车结束。
operator<<ostream& operator<< (ostream& os, const string& str);支持 cout 输出 string 类对象。
getlineistream& getline (istream& is, string& str);从输入流 is 中提取字符，并将它们存储到字符串 str 中，直到找到换行字符 ‘\n’。
relational operatorsoperator==
operator!=
operator<
operator<=
operator>
operator>=		支持比较操作符（==，!=，<，<=，>，>=）

说明

  • getline(cin, s)会获取前一个输入的换行符，需要在前面添加读取换行符的语句。如：getchar() 或 cin.get()。

    例如：

    int n;
string s;
cin >> n;
getchar(); //cin.get()
getline(cin, s); // 可正确读入下一行的输入

  • operator+尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低。

4. string类的模拟实现

// string.h 文件
#pragma once
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <assert.h>
using namespace std;namespace my_string
{class string{friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const my_string::string& s);friend istream& operator>>(istream& _cin, my_string::string& s);public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;public:string(const char* str = ""):_size(strlen(str)), _capacity(_size){_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}string(const string& s):_size(0), _capacity(0), _str(nullptr){string tmp(s._str);swap(tmp);}string& operator=(const string& s){if (this != &s){string tmp(s);swap(tmp);}return *this;}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}size_t size()const{return _size;}size_t capacity()const{return _capacity;}bool empty()const{return _size;}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void resize(size_t n, char c){if (n <= _size){_str[n] = '\0';_size = n;}else{reserve(n);while (_size < n){_str[_size] = c;++_size;}_str[_size] = '\0';}}void push_back(char c){if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);}_str[_size++] = c;_str[_size] = '\0';}string& operator+=(char c){push_back(c);return *this;}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (len + _size > _capacity){reserve(len + _size);}strcpy(_str + _size, str);_size += len;}string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}string substr(size_t pos, size_t len){string s;size_t end = pos + len - 1;if (len == npos || pos + len >= _size){len = _size - pos;end = _size;}s.reserve(len);for (size_t i = pos; i <= end; i++){s += _str[i];}return s;}void clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}const char* c_str()const{return _str;}char& operator[](size_t index){assert(index < _size);return _str[index];}const char& operator[](size_t index)const{assert(index < _size);return _str[index];}bool operator<(const string& s){return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool operator==(const string& s){return strcmp(_str, s._str) == 0;}bool operator<=(const string& s){return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string& s){return !(*this <= s);}bool operator>=(const string& s){return !(*this < s);}bool operator!=(const string& s){return !(*this == s);}size_t find(char c, size_t pos) const{while (pos < _size){if (_str[pos] == c){return pos;}pos++;}return npos;}size_t find(const char* s, size_t pos) const{const char* p = strstr(_str + pos, s);if (p)return p - _str;elsereturn npos;}string& insert(size_t pos, char c){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);}size_t end = _size + 1;while (end >= pos + 1){_str[end] = _str[end - 1];--end;}_str[pos] = c;_size++;return *this;}string& insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (len == 0)return *this;if (len + _size > _capacity){reserve(len + _size);}size_t end = _size + len;while (end >= pos + len){_str[end] = _str[end - len];--end;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}string& erase(size_t pos, size_t len){assert(pos < _size);if (len == npos || pos + len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{size_t begin = pos + len;while (begin <= _size){_str[begin - len] = _str[begin];++begin;}_size -= len;}return *this;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;public:const static size_t npos;};ostream& operator<<(ostream& _cout, const my_string::string& s){for (auto e : s)_cout << e;return _cout;}istream& operator>>(istream& _cin, my_string::string& s){s.clear();char buff[129];size_t i = 0;char ch;ch = _cin.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 128){buff[i] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = _cin.get();}if (i != 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return _cin;}
};const size_t my_string::string::npos = -1;

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