C++初阶学习——探索STL奥秘——标准库中的string类

1. 为什么学习string类？

在我们学习C语言的时候，有一个点是非常难处理的，那就是字符串，在我们对字符串访问，增删查改时都是非常不便的，所以我们封装了一个string类主要来处理字符串有关的问题

2. 标准库中的string类

2.1 string类

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(关于模板的更多信 息，请参阅basic_string)。

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(根于更多的模板信息请参考basic_string)。

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 string;

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;

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

 从cplusplus可以查得string类的所有构造函数

 代码：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	string();               //1、构建了一个空的string对象，这个对象只在本行起作用，除非加const修饰
 
	string s1("abc");       //2、直接构造
	cout << "s1:" << s1 << endl;
 
	char arr[] = "abc";
	string s2(arr);         //3、用一个字符串的首地址来构造
	cout << "s2:" << s2 << endl;
 
	string s3 = s1;         //4、拷贝构造（用一个已经存在的类对象给另一个对象初始化）
	cout << "s3:" << s3 << endl;
 
	string s4(3, 'x');      //5、构造时将前N个赋值为同一个字符
	cout << "s4:" << s4 << endl;
 
	return 0;
}

 2. string类对象的容量操作

 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

代码： 

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	string s1("abcdef");
	cout <<"s1:"<< s1 << endl;
 
	cout << "size:" << s1.size() << endl;        //有效字符的个数
	cout << "length:" << s1.length() << endl;    //有效字符的个数
	//上面这两个功能上差别不大，一般我们用size（）用的多一点
 
	cout << "capacity:" << s1.capacity() << endl;   
     //开辟的空间大小（当空间不够时会自动扩容，扩容空间为原空间的1.5倍（与环境有关））
 
	cout << "empty:" << s1.empty() << endl;     //检查字符串是否为空，0表示非空，1表示空
 
	s1.clear();                                 //清空字符串
	cout <<"s1:"<< s1 << endl;
 
	s1.reserve(100);                            //开辟指定大小空间（一般会多一点）
	cout << "capacity:" << s1.capacity() << endl;
 
	s1.resize(5, 'a');
	cout << "size:" << s1.size() << endl;
	cout << "s1:" << s1 << endl;
 
	return 0;
}

3. string类对象的访问及遍历操作

代码： 

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
int main()
{
	string s1("abcdef");
 
	//访问方法：下标访问法
	cout << s1[0] << endl;
	cout << s1[3] << endl;
	s1[0] = 'h';
	
	//1、下标遍历法
	cout << "下标遍历法:";
	for (int i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
 
	//2、迭代器法（正向）
	cout << "迭代器法（正向):";
	string::iterator it = s1.begin();
	for (; it != s1.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
 
	//3、迭代器（反向）
	cout << "迭代器（反向）:";
	string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
	while (rit != s1.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;
	}
	cout << endl;
 
	//范围for法
	cout << "范围for法:";
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
 
	return 0;
}

 4. string类对象的修改操作

代码： 

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
int main()
{
	string s1("zhan");
	cout << s1 << endl;
 
	//push_back  在末尾加入字符
	cout << "push_back后:";
	s1.push_back('g');
	cout << s1 << endl;
 
	//append     在末端加入字符串
	cout << "append后:" ;
	s1.append(" san");
	cout << s1 << endl;
 
	//operator+= 在末端随意添加
	cout << "+=后:";
	s1 += " 18";
	cout << s1 << endl;
 
	//c_str    返回C格式字符串
	cout << "c_str:";
	const char* m = s1.c_str();
	cout << m << endl;
 
	//find  从pos位置开始查找字符并返回其位置
	cout << "find:";
	int npos1 = s1.find('a');
	cout << npos1 << endl;
 
	//rfind  从pos位置开始往前查找字符并返回其位置
	cout << "rfind:";
	int npos2 = s1.rfind('a');
	cout << npos2 << endl;
 
	//substr  从pos位置开始截取n个字符并返回
	cout << "substr后:";
	string tmp = s1.substr(npos1, npos2 - npos1);
	cout << tmp << endl;
 
	return 0;
}

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。  

5. string类非成员函数 

代码：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
int main()
{
	string s1("hello ");
	string s2("world");
 
	//operator+    涉及深层拷贝，不建议多用
	cout << "operator+后:";
	cout << operator+(s1, s2) << endl;
 
	//operator>>   输入运算符重载
	cout << "operator>>:";
	string s3;
	operator>>(cin,s3);
	cout << s3 << endl;
 
	//operator<<    输出运算符重载
	cout << "operator<<:";
	operator<<(cout, s1) << endl;
 
	//getline      获取一行字符串
	cout << "getline:";
	string s4;
	getline(cin, s4);    //这个在这个程序中测不出来，需要单独测试
	cout << s4 << endl;
 
	//relational operators   比较大小
	//这个函数库中有各种各样的比较函数（==、>、<......),函数类型为bool，感兴趣的可以自己探索一下
 
	return 0;
}

6. vs和g++下string结构的说明

注意：

下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节。

vs下string的结构

string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字 符串的存储空间： 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放

当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间  

union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger one
 value_type _Buf[_BUF_SIZE];
 pointer _Ptr;
 char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内 部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。

其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量

最后：还有一个指针做一些其他事情。 故总共占16+4+4+4=28个字节。

g++下string的结构

G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指 针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：

空间总大小

字符串有效长度

引用计数  

struct _Rep_base
{
 size_type _M_length;
 size_type _M_capacity;
 _Atomic_word _M_refcount;
};

指向堆空间的指针，用来存储字符串。