[C/C++]string类常用接口介绍及模拟实现string类

一：C++string类的由来

在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++中对于string的定义为：typedef basic_string string;

也就是说C++中的string类是一个泛型类，由模板而实例化的一个标准类，本质上不是一个标准数据类型。

至于为什么不直接用String标准数据类型而用类是因为编码

每个国家的语言不同比如说英语使用26个英文字母基本就能表述所有的单词但是对于中文的字符呢？是不是就要用其他编码方式啊（比如说utf-8）

补充：

string是表示字符串的字符串类
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。
string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator> string;
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

二.string类常用接口

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

代码演示：

void test_string1()
{string s1;			//构造空string对象string s2("hello"); //使用C-string字符串构造string对象s2string s3(10, 'x'); //使用十个'x'字符构造string对象s3string s4(s2);		//拷贝构造
}

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：

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()。
clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小
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。
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。

补充：

resize与reverse是为了在已知数据大小的情况下避免多次扩容，减小开销

代码演示：

void test_string2()
{string s1("hello"); //size与length都为 5cout << s1.size() << endl;cout << s1.length() << endl;cout << s1.capacity() << endl;//clear仅会改变有效字符个数，size会被置为0，不会改变容量大小//capacity为字符串的容量，会自行扩容s1.clear();cout << s1.size() << endl;     cout << s1.capacity() << endl;//将字符串有效个数变为10个，多出来的用'x'赋值,若有效个数超过容量大小,capacity还会扩容//此时字符窜内容为：“xxxxxxxxxx”s1.resize(10, 'x');cout << s1.size() << endl;cout << s1 << endl;//将capacity改变为128//注意：编译器不一定会正好将capacity置为128，这得看编译器的扩容机制s1.reserve(128);cout << s1.capacity() << endl;
}

3. string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[ ]	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

void test_string3()
{string s1("hello world!");// 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//第一种：operator[]for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){cout << s1[i] << " ";}cout << endl;//第二种：正向迭代器string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;//反向迭代器// 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//反向打印auto rit = s1.rbegin();while (rit != s1.rend()){cout << *rit << " ";rit++;}cout << endl;//第三种：范围forfor (auto s : s1){cout << s << " ";}cout << endl;
}

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
insert(size_t pos,const string& str)	在pos位置后插入str对象的字符串
*insert(size_t pos,const char str)**	在pos位置后插入C类型的字符串
insert(size_t pos,char ch)	在pos位置后插入字符ch
erase(size_t pos,size_t len=npos)	删除pos位置后len个字符，若len为缺省则删除pos位置后的所有字符

void TestString4()
{string str;str.push_back(' '); // 在str后插入空格str.append("hello"); // 在str后追加一个字符"hello"str += 'b'; // 在str后追加一个字符'b'str += "it"; // 在str后追加一个字符串"it"cout << str << endl;cout << str.c_str() << endl; // 以C语言的方式打印字符串// 获取file的后缀string file1("string.cpp");size_t pos = file.rfind('.');string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));cout << suffix << 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：

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。
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，这样可以减少多次扩容带来的开销

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

三：模拟实现string类及其常用接口

namespace zyq
{class string{public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;//构造函数string(){_str = new char[1];_size = 0;_capacity = 0;_str[0] = '\0';}string(const char* str):_size(strlen(str)), _capacity(strlen(str)), _str(new char[strlen(str) + 1]){strcpy(_str, str);}//析构函数~string(){delete[] _str;_size = 0;_capacity = 0;}//拷贝构造//旧版本拷贝构造/*string(const string& s){_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}*///新版本拷贝构造string(const string& s){string tmp(s._str);swap(tmp);}size_t size()const{return _size;}size_t capacity()const{return _capacity;}//遍历char* c_str(){return _str;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}//修改void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char c){if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;reserve(newcapacity);}_str[_size] = c;++_size;_str[_size] = '\0';}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_capacity + len);}strcpy(_str + _size, str);_size += len;}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}void insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;reserve(newcapacity);}size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];end--;}_str[pos] = ch;++_size;}void insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end >= pos + len){_str[end] = _str[end - len];--end;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;}void erase(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos < _size);//len>_size-1 这样写可以防止溢出if (len == npos || len > _size - pos){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}}void resize(size_t n, char c = '\0'){if (n > _capacity){reserve(n);for (size_t i = _size; i < n; i++){_str[i] = c;}_str[n] = '\0';_size = n;}else{_size = n;_str[n] = '\0';}}void clear(){_size = 0;_str[0] = '\0';}void swap(string& s){std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);std::swap(_str, s._str);}size_t find(char ch,size_t pos=0) const{assert(pos < _size);for (size_t i = pos; i < _size; i++){if (_str[i] == ch)return i;}return npos;}size_t find(const char* str, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);char* ret = strstr(_str, str);if (ret){return ret - _str;}return npos;}string& operator=(const string& s){string tmp(s._str);swap(tmp);return *this;}bool operator==(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) == 0;}bool operator<(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool operator<=(const string& s) const{return *this==s||*this<s;}bool operator>=(const string& s) const{return !(*this<s);}bool operator>(const string& s) const{return !(*this<=s);}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;
public:static const size_t npos;
};const size_t string::npos = -1;void swap(string& s1, string& s2)
{s1.swap(s2);
}ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{for (auto ch : s){out << ch;}return out;
}istream& operator>>(istream& in, string& s)
{s.clear();char ch;ch = in.get();char ret[128];int i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){ret[i++] = ch;if (i == 127){ret[127] = '\0';s += ret;i = 0;}ch = in.get();}if (i > 0){ret[i] = '\0';s += ret;}return in;
}istream& getline(istream& in, string& s)
{s.clear();char ch;ch = in.get();char ret[128];int i = 0;while ( ch != '\n'){ret[i++] = ch;if (i == 127){ret[127] = '\0';s += ret;i = 0;}ch = in.get();}if (i > 0){ret[i] = '\0';s += ret;}return in;
}}