【C++】string类

前言

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（分装、继承、多态）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。

1、标准库中的string类

1.1string类的常用接口

string类对象常见构造

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	string s1;//构造空的string类对象
	string s2("123456");//用常量构造string类对象
	string s3(s2);//拷贝构造
	return 0;
}

• operator[]：返回字符串中位置 pos 的字符引用，像数组一样修改某个位置的字符：

class string
{
public:
	char& operator[](size_t i)
	{
		assert(i < _size);
		return _str[i];
	}
private:
	char* _str;
	size_t _size;
	size_t capactiy;
};

string类对象容量操作

• string类对象的空间不包含字符'/0'
• void reserve (size_t n = 0)：请求将字符串容量调整为计划的大小更改，长度不超过 n 个字符。如果 n 大于当前字符串容量，则该函数会导致容器将其容量增加到 n 个字符（或更大）。此函数对字符串长度没有影响，并且不能更改其内容。在VS中大了扩容，小了不变
• 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()
• clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小
• 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resize(size_t n, charc)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

string类对象修改操作

• 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
• 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

string类非成员函数

• getline解决了输入操作时遇到空格、换行就结束的问题

| string类的接口测试：

#include <iostream>
using namespace std;

#include <string>


// 测试string容量相关的接口
// size/clear/resize
void Teststring1()
{
	// 注意：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出
	string s("hello, bit!!!");
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.length() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s << endl;

	// 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;
}

//====================================================================================
void Teststring2()
{
	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;
}

// 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 << "making s grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

// 构建vector时，如果提前已经知道string中大概要放多少个元素，可以提前将string中空间设置好
void TestPushBackReserve()
{
	string s;
	s.reserve(100);
	size_t sz = s.capacity();

	cout << "making s grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}



// string的遍历
// begin()+end()   for+[]  范围for
// 注意：string遍历时使用最多的还是for+下标 或者 范围for(C++11后才支持)
// begin()+end()大多数使用在需要使用STL提供的算法操作string时，比如：采用reverse逆置string
void Teststring3()
{
	string s1("hello Bit");
	const string s2("Hello Bit");
	cout << s1 << " " << s2 << endl;
	cout << s1[0] << " " << s2[0] << endl;

	s1[0] = 'H';
	cout << s1 << endl;

	// s2[0] = 'h';   代码编译失败，因为const类型对象不能修改
}

void Teststring4()
{
	string s("hello Bit");
	// 3种遍历方式：
	// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以遍历是修改string中的字符，
	// 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多
	// 1. for+operator[]
	for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
		cout << s[i] << endl;

	// 2.迭代器
	string::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << endl;
		++it;
	}

	// string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	// C++11之后，直接使用auto定义迭代器，让编译器推到迭代器的类型
	auto rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
		cout << *rit << endl;

	// 3.范围for
	for (auto ch : s)
		cout << ch << endl;
}


//
// 测试string：
// 1. 插入(拼接)方式：push_back  append  operator+= 
// 2. 正向和反向查找：find() + rfind()
// 3. 截取子串：substr()
// 4. 删除：erase
void Teststring5()
{
	string str;
	str.push_back(' ');   // 在str后插入空格
	str.append("hello");  // 在str后追加一个字符"hello"
	str += 'b';           // 在str后追加一个字符'b'   
	str += "it";          // 在str后追加一个字符串"it"
	cout << str << endl;
	cout << str.c_str() << endl;   // 以C语言的方式打印字符串

	// 获取file的后缀
	string file("string.cpp");
	size_t pos = file.rfind('.');
	string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));
	cout << suffix << endl;

	// npos是string里面的一个静态成员变量
	// static const size_t npos = -1;

	// 取出url中的域名
	string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
	cout << url << endl;
	size_t start = url.find("://");
	if (start == string::npos)
	{
		cout << "invalid url" << endl;
		return;
	}
	start += 3;
	size_t finish = url.find('/', start);
	string address = url.substr(start, finish - start);
	cout << address << endl;

	// 删除url的协议前缀
	pos = url.find("://");
	url.erase(0, pos + 3);
	cout << url << endl;
}

1. Leetcode——仅仅反转字母
2. Leetcode——找字符串中第一个只出现一次的字符
3. Leetcode——字符串相加

1.2auto和范围for

| auto关键字

• 在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，后来这个不重要了。C++11中，标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得
• 用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&
• 当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量
• auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用
• auto不能直接用来声明数组

auto的价值是简化代码：

map<string, string> dict;
//map<string, string>::iterator mit = dict.begin();
auto mit = dict.begin();

| 范围for

• 对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束
• 范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历
• 范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到

常规遍历数组：

void test()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (size_t i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(int); i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
}

范围for遍历数组：

void test()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	for (auto n : arr)
	{
		cout << n << " ";
	}
}

1.2.1遍历字符串的三种方式

下标 + [ ] 重载

• size_t size() const：返回字符串的长度（以字节为单位）

void test()
{
	string s1("abcdef");
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

迭代器（通用）

• 迭代器提供了一种通用的访问所有容器的方式

| 正向迭代器：

• iterator begin()：返回一个迭代器，该迭代器指向字符串的第一个字符
• iterator end()：返回一个迭代器，该迭代器指向字符串的末尾字符('/0')

void test()
{
	string s1("abcdef");
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

• *it是operator*运算符重载的结果
• 迭代器可修改

| 反向迭代器：

• reverse_iterator rbegin()：返回一个反向迭代器，指向字符串的最后一个字符（即其反向开头）
• reverse_iterator rend()：返回一个反向迭代器，指向字符串的第一个字符（被视为其反面端）之前的理论元素
• 反向迭代器向后迭代：增加迭代器会使它们朝向字符串的开头

void test()
{
	string s("abcdef");
	string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
}

如果对象是常量字符串，则只可读不可写。以正向迭代器为例：

void test()
{
	const string s("abcdef");
	string::const_iterator cit = s.begin();
	while (cit != s.end())
	{
		cout << *cit << " ";
		++cit;
	}
	cout << endl;
}

范围for（通用）

• 自动从容器中取每一个值给变量（ch）
• 自动赋值，自动迭代，自动判断结束

void test()
{
	string s1("abcdef");
	for (auto ch : s1)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
}

• 范围for的底层还是迭代器，所以范围for也可修改

但当我们重新打印s1时还是原来值：

这是因为底层*it的值给给ch只是拷贝，要想通过ch改变可以考虑传引用。