STL - string类

1、标准库中的string类

1.1、string类了解

  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(关于更多的模板信息参考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

1.2、string类的常用接口说明

1.2.1、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

1.2.2、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:

  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

1.2.3、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,const string类对象调用
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+ rendrbegin获取 end-- 的迭代器 + rend获取 begin-- 的迭代器
范围forC++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

1.2.4、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
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:

  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

1.2.5、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、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

  1. 当字符串长度小于16时,使用内部固定的字符数组来存放
  2. 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,另一个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:

  1. 空间总大小
  2. 字符串有效长度
  3. 引用计数
    struct _Rep_base
    {size_type _M_length;size_type _M_capacity;_Atomic_word _M_refcount;
    };

    4. 指向堆空间的指针,用来存储字符串

3、浅拷贝和深拷贝

3.1、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

3.2、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

class String
{
public:String(const char* str = ""){if (nullptr == str){assert(false);return;}_str = new char[strlen(str) + 1];strcpy(_str, str);}String(const String& s): _str(nullptr){String strTmp(s._str);swap(_str, strTmp._str);}// 对比下和上面的赋值那个实现比较好?String& operator=(String s){swap(_str, s._str);return *this;}/*String& operator=(const String& s){if(this != &s){String strTmp(s);swap(_str, strTmp._str);}return *this;}*/~String(){if (_str){delete[] _str;_str = nullptr;}}
private:char* _str;
};

4、string类题目练习

  1. 仅仅反转字母
  2. 找字符串中第一个只出现一次的字符
  3. 字符串里面最后一个单词的长度
  4. 验证一个字符串是否是回文
  5. 字符串相加
  6. 翻转字符串II:区间部分翻转
  7. 翻转字符串III:翻转字符串中的单词
  8. 字符串相乘
  9. 找出字符串中第一个只出现一次的字符

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