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C++ STL 学习之【string】

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  • The key is to keep company only with people who uplift you, whose presence calls forth your best.

    • 关键是只与那些提升你的人在一起,他们的存在唤起了你最好的一面。

    配图


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

STLC++ 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

STL

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

stringbasic_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 2byteC++11
  • u32string 匹配 UTF-32 编码标准,规定字符占位 4byteC++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
basic_string


📖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
ASCII
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)
GBK
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-16UTF-32 ,而 basic_string 中的 u16stringu32string 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
string


📖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

无参构造函数

🖋️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;
}

指定初始化

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;
}

指定字符构造

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;
}

拷贝构造


📖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;
}

c_str
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

地址
通过函数 capapcity()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;
}

容量
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
  • 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;
}

扩容
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;
}

扩容机制
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;
}

size
resize() 有两种情况:

  1. 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
  2. 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


📖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;
}

结果
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;
}

迭代器遍历
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;
}

反向迭代器
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;
}

尾插字符
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
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;
}

运算符重载
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
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;
}

erase
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

rease
来看看 npos
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;
}

find
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)pos位置往后,找 str 中出现的任意字符
  • find_last_of(str, pos = npos)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;
}

iKun
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;
}

流插入和流提取

🖋️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;
}

getline
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
比较函数
大佬的吐槽
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 STLstring 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

如果你觉得本文写的还不错的话,可以留下一个小小的赞👍,你的支持是我分享的最大动力!

如果本文有不足或错误的地方,随时欢迎指出,我会在第一时间改正


星辰大海

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题目来源&#xff1a;http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid1024 (http://www.fjutacm.com/Problem.jsp?pid1375) 题意&#xff1a;长度为n的序列里&#xff0c;m段不相关区间的最大和 思路&#xff1a;我们先要确定一个东西&#xff0c;就是状态&#xff0c;这里我用dp…...

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增加超链接功能、去掉有超链接之后的红框&#xff0c;更改链接颜色&#xff01;yes&#xff01; \usepackage[backref]{hyperref} \hypersetup{ colorlinkstrue, linkcolorblack, citecolorblack }...

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最近看Google图书&#xff0c;令人感到困惑的无非是无法自由的地下载其图片。以至于网上充斥着Google图书下载器。查看源代码&#xff0c;着实让人困惑不已。还好有IE Developer Tools&#xff0c;才大致将其UI结构搞的一知半解。至于图片的下载这倒是需要在仔细研究下。顺便做…...

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