C++STL标准模板库——String类

一、STL简介

1.1 什么是STL？

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分 ，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

1.2 STL的六大组件

二、string类

2.1 为什么学习string？

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 。

在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数 。

2.2 标准库中的string类

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_stringstring;
4. 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;

2.3 string类对象的常见构造

构造函数名称	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

2.4 string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size(重点)	构造空的string类对象，即空字符串
length	用C-string来构造string类对象
capacity	string类对象中包含n个字符c
empty(重点)	拷贝构造函数
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

void TestString1()
{
	string s("hello");
	cout << s.size() << endl;	//返回字符串中的有效字符，不包含'\0'
	cout << s.length() << endl;	//等同于size，但是通常不用length求有效字符
	cout << s.capacity() << endl;	//返回空间总大小，同样不包含'\0'
	cout << s << endl;	//string类对象支持cin输入和cout打印

	// 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;

	// 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;

	// 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;

	// 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;

}

假设不指定空间大小则每次都会扩容，带来计算开销

// 利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销
void TestPushBack()
{
	string s;
	size_t sz = s.capacity();
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << "making s grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		//查看扩容了几次
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

reserve的应用场景是为了解决string的增容缺陷，假设我们已经知道要开辟多大空间时，可以直接指定空间大小，避免增容带来的开销

// 利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销
void TestPushBackReserve()
{
	string s;
	s.reserve(100);
	size_t sz = s.capacity();
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << "making s grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		//查看扩容了几次
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

使用reserve注意以下问题

void TestString3()
{
	string s;
	// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数
	s.reserve(100);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << 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
	s.reserve(50);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
}

总结

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。

5. reserve和resize的区别是，reserve只增容不改变有效元素个数，resize即改变容量空间又对容量空间初始化。

2.5 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

<1> operator[]

void TestStringOperator1()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1 << endl;
	s1[0] = 'H';
	cout << s1 << endl;

	const string s2("hello c++");
	// s2[0] = 'h'; 代码编译失败，因为const类型对象不能修改
}

<2> 迭代器

对于迭代器，我们暂时可以将其看成指针

//迭代器
void TestStringIterator()
{
	string s("hello world");
	//三种遍历方式：
	//以下三种方式除遍历string外还可修改string中的字符
	//第一种使用较多
	//1.for+operator[]
	cout << "for+operator[]" << endl;
	for (size_t i = 0; i < s.size() - 1; ++i)
	{
		cout << s[i] << " "<< endl;
	}
	//2.正向迭代器
	cout << "2.正向迭代器" << endl;
	string::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << endl;
		++it;
	}
	//2.反向迭代器
	cout << "2.反向迭代器"<<endl;
	string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit << endl;
		++rit;
	}
	//3.范围for
	cout << "3.范围for" << endl;
	for (auto ch : s)
	{
		cout << ch << endl;
	}

2.6 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

<1> 在字符串后尾插字符

<2> 字符串查找

//找文件尾
void TestStringFind()
{
	string s = "hello world";
	s.push_back('!');	//字符串后尾插字符
	cout << s << endl;
	s.append("HELLO");	//字符串后追加字符串
	cout << s << endl;
	s += 'W';			//+=追加字符
	cout << s << endl;
	s += "ORLD";		//+=追加字符串
	cout << s << endl;
	s += s;				//追加string对象
	cout << s << endl;


	string file1("string.cpp");
	string file4("string.c.tar.zip");

	//substr第二个参数可以不写，从前往后找
	size_t pos = file1.find('.');
	if (pos != string::npos)
	{
		cout << file1.substr(pos, file1.size() - pos) << endl;
	}

	//rfind从后往前找
	size_t pos4 = file4.rfind('.');
	if (pos4 != string::npos)
	{
		cout << file4.substr(pos4) << endl;
	}

	//分割域名
	string url = "http://cplusplus.com/reference/string/string/find/";
	cout << url << endl;
	size_t pos5 = url.find(':');	//第一个冒号分割http
	if (pos5 != string::npos)
	{
		cout << url.substr(0, pos5) << endl;
	}

	size_t pos6 = url.find('/', pos5 + 3);	//pos5+3:c  pos6:/
	if (pos6 != string::npos)				//分割网址cplusplus.com
	{
		cout << url.substr(pos5 + 3, pos6 - (pos5 + 3)) << endl;
	}

	cout << url.substr(pos6 + 1, string::npos) << endl;
	//删除http
	string copy = url;
	cout << copy.erase(0, pos5 + 3) << endl;

}

注意：

1. 在string尾部追加字符时，s.push_back© / 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。

2.7 string类的非成员函数

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