C++ STL 学习之【string】
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文章目录
- 📘前言
- 📘正文
- 📖basic_string
- 📖编码理解
- 📖构造函数相关
- 🖋️无参(默认)构造函数
- 🖋️带参构造函数
- 📖容量操作相关
- 🖋️获取数据
- 🖋️扩容空间
- 🖋️调整长度
- 📖遍历字符相关
- 🖋️下标访问
- 🖋️迭代器
- 📖字符修改相关
- 🖋️尾插字符/字符串
- 🖋️任意位置插入字符/字符串
- 🖋️删除字符/字符串
- 🖋️查找字符/字符串位置
- 🖋️截取字符串
- 📖非成员函数
- 🖋️流操作
- 🖋️获取字符串
- 🖋️比较函数
- 📖相关试题
- 📘总结
📘前言
STL
是 C++
的重要组成部分,由六大部分构成:伪函数
、空间配置器
、算法
、容器
、迭代器
和 配接器
,其中各种各样的 容器
可以很好的辅助我们写程序,比如今天要介绍的 string
,有了它之后,我们对字符串的操作就能变得行云流水
注意: string
诞生于 STL
之前,因此存在部分接口冗余的情况
📘正文
本文介绍的是 string 部分常用接口
📖basic_string
string
是 basic_string
模板 的一份实例,因为字符串多种多样,所以 string
也有各种各样的版本
string
常规字符串类,即每个字符占位1byte
wstring
宽字符串类,用来处理较长字符串,Winows下占位2byte
,而 Linux下占位4byte
u16string
匹配UTF-16
编码标准,指定字符占位2byte
(C++11
)u32string
匹配UTF-32
编码标准,规定字符占位4byte
(C++11
)
世界上有各种各样的语言,其字符长度大多不一样,因此需要使用不同的 string
来匹配输出自己国家的字符
📖编码理解
我们这里介绍的是 string
类,它匹配 UTF-8
标准,而此标准又兼容了 ASCII
码,因此比较常用
ASCII
是美国信息标准交换代码,仅仅通过 1byte
就能满足其字符需求
UTF-8
的特点是能根据不同范围的字符匹配使用不同的标准,因为ASCII
都是 0xxxxxxx
的形式,当识别到其他字符时,会匹配使用对应标准,比如当识别到汉字时,会使用 GBK
编码标准来进行输出(Windows)
后续随着万国码 Unicode
的诞生,提出了能适用更多语言的编码标准,即 UTF-16
和 UTF-32
,而 basic_string
中的 u16string
和 u32string
这两个类就是用来匹配编码标准的
注: 这两个类是在 C++11
标准中制定的
我们的 string
其实就是 basic_string <char>
的别名
📖构造函数相关
现在正式进入 string
类的学习,先从默认成员函数—构造函数
入手
注意: string
包含于 iostream
头文件中,并且还需要展开 std
命名空间
🖋️无参(默认)构造函数
#include<iostream>
using namespace std;int main()
{string s; //此时调用的是无参构造函数return 0;
}
调用无参构造函数
时,默认将对象初始化为空串,即只包含 '\0'
的字符串
🖋️带参构造函数
我们也可以指定 string
对象中的内容
int main()
{string s("Hello String!"); //指定内容//string s = "Hello String!"; //下面这种写法也是完全可以的return 0;
}
string
也支持将对象构造为 n
个字符 c
int main()
{string s(10, 'w'); //构造10个w字符return 0;
}
最后再来看看 string
类的 拷贝构造
函数
int main()
{string s1("Hello");string s2(s1); //将 s1 的内容构造给 s2//string s2 = s1; //这种写法也是可以的return 0;
}
📖容量操作相关
我们可以把 string
类看作一个专门用来处理字符的顺序表
,因为它有字符指针
、容量
、长度
等信息,我们也可以进行手动扩容等操作
🖋️获取数据
获取 string
对象中指向字符串的指针 _str
C++
兼容C
,在某些场景下需要使用指向字符串的指针,因此 string
类中提供了这个接口
int main()
{string s("hello");cout << s.c_str() << endl; //获取对象s中的字符串指针return 0;
}
此时直接打印内容的原因是当指针指向对象为常量字符串时,编译器会直接打印内容
我们可以通过强转来观察函数 c_str()
cout << (void*)s.c_str() << endl; //此时指针非常量字符指针
通过函数 capapcity()
和 size()
获取当前对象的容量和大小
int main()
{string s(200, 'H'); //直接构造200个字符Hcout << "The string capacity is " << s.capacity() << endl;cout << "The string size is " << s.size() << endl;//cout << "The string size is " << s.length() << endl; //这种方式也能获取大小return 0;
}
length()
函数能起到和 size()
函数完全一样的效果, 那为什么会有两个函数呢?
string
诞生于STL
之前,当时的设计的获取大小函数为length()
- 后来当
string
并入STL
后,委员会为了统一化,就在string
类中添加了一个size()
函数,因为其他容器中获取大小的函数都是size()
- 为了确保向前兼容性,不能直接删除
length()
,这里推荐使用size()
🖋️扩容空间
new
出来的空间不支持像 realloc
一样直接扩容,而是需要通过函数扩容
realloc
大多数情况下都是异地扩容,即开辟-拷贝-销毁-更改指向
- 而
reserve()
函数实现的就是异地扩容
int main()
{string s(30, 'H'); //初始化大小为10cout << "The default capacity " << s.capacity() << endl;s.reserve(300); //扩容为300cout << "The expansion capacity " << s.capacity() << endl;return 0;
}
VS 中的容量都会稍微多一点
假若我们不手动扩容,string
也会像顺序表
一样,识别到容量不够时,自动扩容
VS中 string
的扩容策略
- 默认给一个大小为
15
的数组存储数据,当数组够用时,都是用的数组 - 当数组容量不够时,改用指针,先
2倍
扩容至30
,后续字符都是存在指针中 - 之后的扩容操作,都是以
1.5倍
进行扩容 - 会多开辟一些空间
Linux中 string
的扩容策略
- 默认大小为
0
的空间 - 当第一次扩容时,会先扩至
1
- 扩容时每次都是
2倍
扩容法,比较清晰 - 不会多开空间
int main()
{string s;int capacity = s.capacity();cout << "The default capacity " << capacity << endl;int n = 0;while (n <= 100){//尾插字符s += 'a';if (capacity != s.capacity()){capacity = s.capacity();cout << "The new capacity " << capacity << endl;}n++;}return 0;
}
至于 Windows
中为何如此复杂?首先是 STL
版本不同,其次string
在实际使用中,都用不了太大的空间,因此 VS
就直接索性给了一个默认大小为 15
的数组,后续有需要再进行扩容
频繁扩容会导致内存碎片问题,VS在这里的处理方法是比较合理的
小技巧: 在使用 string 时,可以先提前计算好需要的空间,然后通过 reserve 直接提前扩好,避免因自动扩容而导致的内存碎片问题
🖋️调整长度
除了可以扩容外,我们还可以改变 size
int main()
{string s(50, 'W'); //当前的 size 为50cout << "The default size " << s.size() << endl;cout << "The default capacity " << s.capacity() << endl;cout << endl;s.resize(30); //改变 size 为30//s.resize(100, 'Z'); //还可以这样写,更改后50块空间为 Zcout << "The new size " << s.size() << endl;cout << "The new capacity " << s.capacity() << endl;return 0;
}
resize()
有两种情况:
- 调整后空间比原空间大,此时相当于扩容
reserve()
,不过resize()
还有一个初始化的功能,即将参数2设为指定字符,如果没有指定就默认为\0
- 调整后空间比原空间小,此时将
_size
调整至目标空间,而 _capapcity 不变,此时我们也无法访问到_size
之外的数据
resize()
并不会缩容,因为缩容的代价比较大,需要先开辟新空间,然后拷贝,释放原空间,才能完成缩容,因此 resize()
在处理时,若新空间比原空间小,是不会改变 _capaciy
的
📖遍历字符相关
字符串当然少不了遍历操作,主要有三种遍历方式:下标
、at()
、迭代器
,因为 下标
和 at()
区别不大,所以可以一起介绍,而 迭代器
是一个很重要的东西,后续容器学习中都会出现它的影子
🖋️下标访问
首先来看看 下标访问
,实现原理很简单:运算符重载 operator[]
int main()
{string s("chatGPT");size_t pos = 0; //下标while (pos < s.size()){//直接像数组一样通过下标访问字符cout << "The " << pos + 1 << " char is " << s[pos] << endl;pos++;}return 0;
}
当我们出现越界行为时,下标访问是直接通过 assert 报错的
下面再来看看 at()
cout << "The " << pos + 1 << " char is " << s.at(pos) << endl;
运行结果与 operator[]
一致,其实这两种方法的实现原理都一样,不过处理问题的方法不一样
当出现越界访问,at() 是抛出异常,而非直接断言报错
总的来说,at()
用的比较少,我们一般都是使用 operator[]
来进行下标的随机访问
🖋️迭代器
下面来看看迭代器 iterator
遍历字符串
int main()
{string s("chatGPT");//创建迭代器string::iterator it = s.begin(); //此时的it相当于指向第一个字符的指针//auto it = s.begin(); //可以利用 auto 自动识别类型while (it != s.end()){cout << *it;it++;}cout << endl;return 0;
}
注: begin()
获取第一个字符,end()
获取最后一个字符的下一个字符,即 '\0'
除了可以正向遍历外,我们还可以通过反向迭代器 reverse_iterator
进行反向遍历
int main()
{string s("chatGPT");//创建反向迭代器string::reverse_iterator rit = s.rbegin(); //此时的rit相当于指向最后一个字符的指针//auto it = s.begin();while (rit != s.rend()){cout << *rit;rit++;}cout << endl;return 0;
}
注: rbegin()
获取最后一个字符,rend()
获取第一个字符的前一个字符
迭代遍历区间都是左闭右开
除了上面两种普通迭代器外,还有两个 const
修饰的迭代器,用来遍历常量字符串
const_iterator
正向遍历常量字符串const_reverse_iterator
反向遍历常量字符串
注意:
- 迭代器名
const_iterator
中的const
并非是const
操作符,而是与普通迭代器构成重载 - 迭代器不太适合遍历顺序表,适合用来遍历链表
- 所谓的
范围for
其实就是在调用迭代器进行遍历
📖字符修改相关
现在来谈谈字符修改相关接口
🖋️尾插字符/字符串
尾插字符/字符串有三种方式:
push_back()
尾插字符append()
尾插字符/字符串operator+=
尾插字符/字符串
先来看看 push_back()
int main()
{string s = "Hello ";//尾插字符s.push_back('X');cout << s << endl;return 0;
}
push_back()
就像是顺序表的尾插,一次只能插入一个字符
再来看看 append()
int main()
{string s = "Hello ";//尾插字符s.append(3, 'X'); //需要指定待插入的字符数s.append(" YYY"); //或者直接插入字符,都是可以的cout << s << endl;return 0;
}
append()
还有很多其他用法,感兴趣的可以去查看官方文档
最后再来看看 operator+=
,这个是使用频率最高的,因为比较方便
int main()
{string s = "Hello ";//尾插字符s += 'C'; //直接和字符拼接s += "SDN"; //和字符串拼接也是可以的cout << s << endl;return 0;
}
在日常使用中,对于字符串尾插这件事,我们通常都是使用 operator+=
🖋️任意位置插入字符/字符串
string
支持在任意位置插入字符/字符串
int main()
{string s("cccccc");cout << "Begin insert:" << s << endl;s.insert(2, 1, 'A'); //在第 n 个位置插入 m 个字符 cs.insert(4, "BBB"); //在第 n 个位置插入字符串cout << "After insert:" << s << endl;return 0;
}
insert()
的用法同样还有很多,可以自行查看官方文档
🖋️删除字符/字符串
有任意位置插入,当然就有任意位置删除 erase()
int main()
{string s("ABCDEFG");cout << "Begin erase:" << s << endl;//任意位置删除s.erase(3, 1); //从pos3开始,删除第1个字符cout << "After erase 1 char:" << s << endl;s.erase(2, 4); //从pos2开始,删除4个字符cout << "After erase 4 char:" << s << endl;s.erase(); //默认全删cout << "After erase all:" << s << endl;return 0;
}
注意: erase()
是一个全缺省参数,参数1为 0
,表示默认从 pos0
开始,参数2为 npos
,这是无符号整型中的 -1
,为无符号整型最大值,意思就是如果不写参数2,默认就全删完了
来看看 npos
它的值是 4294967295
,没有字符串长达 42亿
多,因此可以用来当作默认长度值
🖋️查找字符/字符串位置
string
类中提供了查找字符/字符串的函数 find()
int main()
{string s("My name is KiKi");//查找,返回的是目标字符/字符串第一次出现的下标cout << "Find 1 char pos: " << s.find('n') << endl; //找字符,默认从pos0开始cout << "Find str pos: " << s.find("KiKi", 5) << endl; //找字符串,从pos5开始cout << "Find not exist str pos: " << s.find("KaKa", 10) << endl; //假设没找到return 0;
}
可以看到,当目标不存在时,返回的就是 npos
find()
还有几种形式:
rfind()
从后往前找find_first_of(str, pos = 0)
从pos
位置往后,找str
中出现的任意字符find_last_of(str, pos = npos)
从npos
位置往前,找str
中出现的任意字符find_first_not_of()
反向查找find_last_not_of()
反向查找
string
类的接口雀氏很多
🖋️截取字符串
我们可以截取字符串中的目标字符串 substr()
int main()
{string s("I am an iKun, love sing、jump、rap and basketball");//利用 find 和 substr 切割出 iKuncout << "The target is " << s.substr(s.find('i'), 4) << endl;return 0;
}
食不食油饼~
其实 substr()
通常用来截取网址中的域名
📖非成员函数
string
类中还有很多定义在类外的非成员函数
🖋️流操作
我们可以直接对 string
对象使用流插入 operator<<
和流提取 operator>>
int main()
{string s;cin >> s;cout << s;return 0;
}
🖋️获取字符串
单纯的流插入是无法满足字符串插入需要的,因为字符串中往往都会包含 ' '
,而 cin
会认为这是结束标志,进而不再读取字符,因此有专门的函数获取字符串 getline()
#include<string>int main()
{string s;getline(cin, s); //需要包含头文件 stringcout << s;return 0;
}
注意: 需要包含头文件 string
🖋️比较函数
string
类中存在一系列的大小比较函数(18个),光是判断相等就有3个,其实没必要设计这么多函数,这可能也是 string
饱受别人吐槽的原因之一,大佬陈浩也写过相关文章吐槽
原文出处:《STL中的string类怎么啦?》
📖相关试题
简单学完 string
类后,还是有很多试题值得我们去练习的,感兴趣的同学可以点击下面的链接直达题目仓库
string值得练习的题目
📘总结
以上就是本次关于 STL
之 string
的全部讲解了,string
类接口众多,但常用的也就那二三十个,其中大多数函数都有多个版本,如果还想了解更多关于 string
类细节的,可以阅读官方文档
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