c＋＋初阶知识——string类详解

 

目录

 

前言：

1.标准库中的string类

1.1 auto和范围for

auto

 范围for

1.2 string类常用接口说明

1.string类对象的常见构造

1.3 string类对象的访问及遍历操作

1.4. string类对象的修改操作 

 1.5 string类非成员函数

2.string类的模拟实现 

2.1 经典的string类问题 

2.2 浅拷贝 

2.3 深拷贝 

2.4 string类实现 

3.写时拷贝 

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。

1.标准库中的string类

在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

1.1 auto和范围for

auto

（1）在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，后来这个不重要了。C++11中，标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期
推导而得。

（2）用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&

（3）当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

（4）auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用

（5）auto不能直接用来声明数组

#include <map>
using namespace std;
int main()
{
std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange",
"橙子" }, {"pear","梨"} };
// auto的用武之地
//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
范围for
对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此
C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围
内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束。
范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历
范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到。
2.3 string类的常用接口说明（注意下面我只讲解最常用的接口）
1. string类对象的常见构造
return 0;
}

 范围for

(1)对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束。

(2)范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历

(3)范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到。

示例：

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };// C++98的遍历for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){array[i] *= 2;}for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){cout << array[i] << endl;}// C++11的遍历for (auto& e : array)e *= 2;for (auto e : array)cout << e << " " << endl;string str("hello world");for (auto ch : str){cout << ch << " ";}cout << endl;
return 0;
}

1.2 string类常用接口说明

1.string类对象的常见构造

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。 

1.3 string类对象的访问及遍历操作

1.4. string类对象的修改操作 

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。 

 1.5 string类非成员函数

2.string类的模拟实现 

2.1 经典的string类问题 

上面已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让
学生自己来模拟实现string类，最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析
构函数。大家看下以下string类的实现是否有问题？

// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:
/*String()
:_str(new char[1])
{*_str = '\0';}
*/
//String(const char* str = "\0") 错误示范
//String(const char* str = nullptr) 错误示范
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
String s1("hello bit!!!");
String s2(s1);
}

 

说明：上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认
的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。 

2.2 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。

就像一个家庭中有两个孩子，但父母只买了一份玩具，两个孩子愿意一块玩，则万事大吉，万一
不想分享就你争我夺，玩具损坏。

所以可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。父母给每个孩子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了。 

2.3 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。

 

 

2.4 string类实现 

 能否写好string反映出我们对类和对象知识的理解是否深刻，这一块知识如果理解得不够深刻，我们的c＋＋程序就会经常出现此类问题。为了方便管理，我们将string的实现分为3个文件是实现：

string.h :

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;namespace Myobject
{class string{public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;string& operator+=(char ch);string& operator+=(const char* str);void append(const char* str);void insert(size_t  pos, char ch);void insert(size_t  pos, const char* str);void erase(size_t pos, size_t len = npos);size_t find(char ch, size_t pos);size_t find(const char* str, size_t pos);string substr(size_t pos, size_t len);string& operator=(const string& s);string(const char* str = ""){_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}string(const string& s){_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}void test0_01();void reserve(size_t n);void push_back(char ch);/*string():_str(new char[1] {'\0'}),_size(0),_capacity(0){}*/iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}const char* c_str() const{return _str;}size_t size(){return _size;}size_t capacity(){return _capacity;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}const	char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;static const size_t npos;};ostream& operator<<(ostream& out, const string& s);istream& operator>>(istream& in, string& s);
}

string.cpp :

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"namespace Myobject
{const size_t string::npos = -1;string string::substr(size_t pos, size_t len){assert(pos < _size);if (len > _size - pos){len = _size - pos;}string sub;sub.reserve(len);for (size_t i = 0; i < len; i++){sub += _str[pos + i];}return sub;}size_t string::find(char ch, size_t pos){assert(pos < _size);for (size_t i = 0; i < _size; i++){if (_str[i] == ch){return i;}}return npos;}size_t string::find(const char* str, size_t pos){assert(pos < _size);const char* ptr = strstr(_str + pos, str);if (ptr == nullptr){return npos;}else{return ptr - _str;}}void string::erase(size_t pos, size_t len){assert(pos < _size);if (len >= _size - pos){_str[pos] = '0';_size = pos;}else{for (size_t i = pos + len; i < _size; i++){_str[i - len] = _str[i];}_size -= len;}}void string::insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}size_t end = _size + 1;if (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];end--;}_str[pos] = ch;_size++;}//插入单个字符void string::insert(size_t  pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (len + _size > _capacity){reserve(len + _size == 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);}size_t end = _size + len;while (end - 2 > pos){_str[end] = _str[end - len];end--;}for (int i = 0; i < len; i++){_str[pos + i] = str[i];}_size += len;}void string::append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (len + _size > _capacity){reserve(len + _size == 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);}strcpy(_str + _size, str);_size += len;//	_str[_size] = '\0';}string& string::operator+=(const char* str){append(str);return *this;}void string::reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}//扩容void string::push_back(char ch){if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}//尾插string& string::operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& string::operator=(const string& s){if (this != &s){delete[] _str;_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;return *this;}}ostream& operator<<(ostream& out, const string& s){for (auto ch : s){out << ch;}return out;}istream& operator>>(istream& in, string& s){char ch;ch = in.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){s += ch;ch = in.get();}return in;}
}

test.cpp :

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"namespace Myobject
{void test_01(){string s1;string s2("hello world");cout << s1.c_str() << endl;cout << s2.c_str() << endl;for (int i = 0; i < s2.size(); i++){s2[i] += 2;}cout << s2.c_str() << endl;s2 += 'A';s2 += 'B';string::iterator it = s2.begin();while (it != s2.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto ch : s2){cout << ch << " ";}cout << endl;s2.insert(0, '$');for (auto ch : s2){cout << ch << " ";}cout << endl;s2.insert(8, "%%%%%%%");for (auto ch : s2){cout << ch << " ";}cout << endl;s2.erase(8, 100);for (auto ch : s2){cout << ch << " ";}cout << endl;/*s2.append("hehe");for (auto ch : s2){cout << ch << " ";}s2 += "hello";for (auto ch : s2){cout << ch << " ";}*/}void test02(){string s1("hello world");string s2 = s1.substr(6, 5);cout << s2.c_str() << endl;string s3("hello bit");s2 = s3;cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cin >> s1;cout << s1 << endl;}
}
int main()
{Myobject::test02();//Myobject::test_01();return 0;
}

3.写时拷贝 

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。
引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该
资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，
如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有
其他对象在使用该资源。

本章完。 

 

 

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