string的使用和模拟实现

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string的介绍

string是一个类，可以看成是一个用模板写的顺序表，它的底层结构和顺序表基本是一样的，一个字符指针和一个表示存储数据的个数的size，还有一个表示容量大小的capacity，我们知道C++需要兼容C语言，所以它的字符串后面也是需要有一个‘\0’，的但是size和capacity的大小是不包含这个‘\0’的，因此实际的容量要比capacity大一个。

1. 字符串是表示字符序列的类。
2. 标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
3. string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型。
4. string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数。
5. 注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

总结：

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_string<char, char_traits, allocator> string;
4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

结构

string的结构和顺序表很相似，一个存放字符的指针，还有一个标记个数的size，还有一个标记容量的capacity。

class
{private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;
}

string的常用接口

构造和析构

构造函数我们可以用个缺省参数，直接搞定无参和有参的情况，然后使用初始化列表把size和capacity给初始化一下，然后开个空间把参数拷贝过去就可以了。
析构函数的话很简单，直接释放空间即可，把其他值置一下0即可。

//构造
string(const char* s = ""): _size(strlen(s)), _capacity(_size)
{_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, s);
}
//析构
~string()
{delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;
}

遍历string

1. 我们可以使用for循环来遍历
   
   因为库里的string支持了[]运算符重载，我们可以就像遍历数组那样来遍历string。

int main()
{string s("123456");for (int i = 0; i < 6; i++){cout << s[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

因为它是传引用返回的，所以我们可读可写。它重载了一个const版本，所以当你传const对象时，就只能读不能写。

int main()
{string s("123456");for (int i = 0; i < 6; i++){s[i]++;}cout << s << endl;return 0;
}

2. 使用迭代器遍历

迭代器我们可以理解为一个指针，然后需要一个范围，库里有几个函数，可以帮我们确定这个范围。

如果我们要正着遍历可以使用begin和end。

它的返回值是一个iterator的迭代器类型，然后这个类型在string类里面的，所以我们需要确定类域。

int main()
{string s("123456");string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;return 0;
}

如果要倒着遍历，就需要使用了，rbegin和rend。


只不过他们的返回类型是reverse_iterator。

int main()
{string s("123456");string::reverse_iterator it = s.rbegin();while (it != s.rend()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;return 0;
}

这两对都是可读可写的，还剩两对前面带c的，是只能读，不能写。具体可戳标题详解。

3. 使用范围for

int main()
{string s("123456");for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

size和length

size和length的功能是一样的，都是返回字符串的长度，和C语言的strlen很相似。

int main()
{string s("123456");cout << s.size() << endl;cout << s.length() << endl;return 0;
}

capacity

capacity是返回已经开辟的容量的大小。

int main()
{string s("123456");cout << s.capacity() << endl;return 0;
}

模拟实现

const size_t size() const
{return _size;
}
const size_t capacity() const
{return _capacity;
}

resize和reserve

1. resize

resize可以修改size的大小。

库里重载两个版本，resize分3个版本，它可能比capacity大，也可能在size和capacity中间，也有可能比size小。如果他比capacity大的话，会扩容，并且如果我们给字符参数，就会在我们原本的字符串后面全补我们给的那个字符，直到size变成我们设置的那个，我们没给字符的话，会补‘\0’，如果在size和capacity中间，不会扩容，但是还是会补充，如果比我们的size还小的话，就充当删除的功能了。

int main()
{string s("123456");s.resize(20);s.resize(20,'x');s.resize(10);s.resize(4);return 0;
}

2. reserve

reserve可以设置capacity的大小，如果我们知道字符串多大的话，我们可以提前开好空间，因为让系统自己自动扩容的话，可能会频繁扩容，消耗太大了，所以我们在知道需要存储的字符串多大时可以提起开好空间。

int main()
{string s("123456");cout << s.capacity() << endl;s.reserve(100);cout << s.capacity() << endl;return 0;
}

模拟实现

void reserve(size_t n)
{if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}
void resize(size_t n, char c = '\0')
{if (n <= _size){_str[n] = '\0';_size = n;}else{reserve(n);size_t begin = _size;_size = n;while (begin < n){_str[begin] = c;begin++;}_size = n;_str[begin] = '\0';}
}

运算符重载

1. 赋值运算符

也就是说我们可以直接用string对象或者字符串来给新的对象赋值。

int main()
{string s;s = "123456";string s1("xxx");s = s1;return 0;
}

2. +和+=

从这两张图我们就可以看出来，+=是成员函数，而+是全局函数。我们需要尾插是可以用+=也可以用+，但是+的代价是很大的，我们尽量使用+=。

int main()
{string  s("123");s += "456";s += '7';s = s + '8';return 0;
}

模拟实现

string& operator+=(const char s)
{push_back(s);return *this;
}string& operator+=(const char* s)
{append(s);return *this;
}

3. 流插入和流提取
   
   

也就是说，我们可以直接使用cout和cin来对sting对象来进行输入和输出了。

模拟实现

1. 流提取
   我们可以一个字符一个字符的提取，因为_str为私有的，我们无法访问，我们也可以使用友元，但是我们这里一个字符一个字符的访问。

ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{int end = s.size();for (int i = 0; i < end; i++){out << s[i];}return out;
}

2. 流插入

流插入也一样，我们一个字符一个字符的读，当读到‘\n’或者空格就停止，但是cin和scanf都无法读空格和换行，这是就需要一个函数，cin.get()，它的功能就和C语言的getcahr很相似。

istream& operator>>(istream& in, string& s)
{s.clear();char ch = in.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){s += ch;ch = in.get();}return in;
}

int main()
{string s;cin >> s;cout << s << endl;return 0;
}

4. 比较运算符
   
   我们可以直接使用比较运算符来对sting对象和字符串等进行比较了。

模拟实现

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& operator+=(const char s)
{push_back(s);return *this;
}string& operator+=(const char* s)
{append(s);return *this;
}bool operator<(const string& s)
{return strcmp(_str, s._str) < 0;
}bool operator==(const string& s)
{return strcmp(_str, s._str) == 0;
}bool operator<=(const string& s)
{return *this<s||*this==s;
}bool operator>(const string& s)
{return !(*this<=s);
}bool operator>=(const string& s)
{return !(*this<s);
}bool operator!=(const string& s)
{return !(*this==s);
}

push_back和append

1. push_back
   

尾插一个字符

2. append
   

尾插一段字符串，库里面给的接口很多，我们都不是很常用，我们都喜欢用+=。

模拟实现

void push_back(const char ch)
{if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}_str[_size++] = ch;_str[_size] = '\0';}
void append(const char* s)
{size_t len = strlen(s);if (_size + len > _capacity){reserve(_size+len);}strcpy(_str + _size, s);_size += len;
}

insert和erase

1. insert
   

我们一般用的都是在某个位置插入一个字符或者字符串。

模拟实现

string& insert(size_t pos, char ch)
{assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}int end = _size;//必须强转，不然会类型提升，当pos=0时发生死循环while (end >= (int)pos){_str[end + 1] = _str[end];end--;}_str[pos] = ch;_size++;return *this;
}string& insert(size_t pos, const char* str)
{size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}int end = _size;while (end >= (int)pos){_str[end + len] = _str[end];end--;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;
}

2. erase
   

删除某个位置的len个字符

模拟实现

earse我们需要提供一个npos的半缺省参数，如果不给的话就表示将pos以后得数据都删了。
nops是一个所有类都有的，所以我们可以定义为静态成员变量。

string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{assert(pos < _size);if (pos + len > _size || len == npos){_str[pos] = '\0';_size = pos;return *this;}else{size_t begin = pos + len;while (begin <= _size){_str[begin - len] = _str[begin];begin++;}_size -= len;return *this;}
}
public:const static int npos = -1;

查找

1. find
   
   我们可以用这个函数来查找字符串或者字符。

int main()
{string s("123456");int i = s.find("23");int j = s.find('5',2);int x = s.find("123", 2, 3);return 0;
}

2. rfind
   
   rfind也是查找只不过是从最后开始找。和find相似。

模拟实现

size_t find(char c, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);for (size_t i = pos; i < _size; i++){if (_str[i] == c){return i;}}return npos;}size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const{size_t len = strlen(s);assert(pos + len < _size);char* str = strstr(_str + pos, s);if (str != nullptr){return str - _str;}return npos;}

截取字符串

substr

从pos位置开始提取len个字符，不给len直接取到最后。

模拟实现

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const
{string s;if (len == npos || pos + len > _size){size_t i = 0;for (i = pos; i <= _size; i++){s += _str[i];}return s;}else{size_t i = 0;for (i = pos; i < pos+len; i++){s += _str[i];}s += '\0';return s;}
}

获取字符指针

我们知道string是一个类，那我们想要得到底层的那个字符指针怎么获得呢？

我们可以使用c_str这个函数

int main()
{string s("123456");const char* str = s.c_str();return 0;
}

模拟实现

const char* c_str() const
{return _str;
}

交换对象

swap

对于string有一个专门的swap，可以用来交换两个string对象。

int main()
{string s("123456");string s1("12");s.swap(s1);cout << s << endl << s1 << endl;return 0;
}

模拟实现

void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}

特殊读取

我们知道cin和scanf一样，遇到空格或者换行都会提前结束，那我们需要读取的字符串包含空格或者换行怎么办呢，这时候就需要getline了。

int main()
{string s;getline(cin, s);cout << s;return 0;
}

我们也可以自己指定读取结束的字符。

今天的分享就到这里，感谢大家的关注和支持。