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string类--C++

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一、标准库中的string类

1、string类

string类的文档(非官方)
在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

2、auto和范围for

2.1、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。

#include<iostream>
using namespace std;
int func1()
{
	return 10;
} 
// 不能做参数
void func2(auto a)
{}
// 可以做返回值，但是建议谨慎使用
auto func3()
{
	return 3;
} 
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = func1();
	// 编译报错:rror C3531: “e”: 类型包含“auto”的符号必须具有初始值设定项
	auto e;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	int x = 10;
	auto y = &x;
	auto* z = &x;
	auto& m = x;
	cout << typeid(x).name() << endl;
	cout << typeid(y).name() << endl;
	cout << typeid(z).name() << endl;
	auto aa = 1, bb = 2;
	// 编译报错：error C3538: 在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型
	auto cc = 3, dd = 4.0;
	// 编译报错：error C3318: “auto []”: 数组不能具有其中包含“auto”的元素类型
	auto array[] = { 4, 5, 6 };
	return 0;
}


include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{
	std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange",
"橙子" }, {"pear","梨"} };
	// auto的用武之地
	//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
	auto it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		++it;
	}
	return 0;
}

2.2、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。

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	// C++98的遍历
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
	{
		array[i] *= 2;
	} 
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
	{
		cout << array[i] << endl;
	} 
	// C++11的遍历
	for (auto& e : array)
	e *= 2;
	for (auto e : array)
	cout << e << " " << endl;
	string str("hello world");
	for (auto ch : str)
	{
		cout << ch << " ";
	} 
	cout << endl;
	return 0;
}

二、string类的常用接口说明

1、string类对象的常见构造

(constructor)函数名称功能说明
string()构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s)用C-string来构造string类对象
string(size_t n, char c)string类对象中包含n个字符c
string(const string&s)拷贝构造函数
void Teststring()
{
	string s1; // 构造空的string类对象s1
	string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
	string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

2、string类对象的容量操作

函数名称功能说明
size返回字符串有效字符长度
length返回字符串有效字符长度
capacity返回空间总大小
empty检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false
clear清空有效字符
reserve为字符串预留空间
resize将有效字符的个数该成n个

string容量相关方法使用代码演示

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。

3、string类对象的访问及遍历操作

函数名称功能说明
operator[ ]返回pos位置的字符，const string类对象调用
begin + endbegin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
rbegin + rendbegin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
范围forC++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

string中元素访问及遍历代码演示

4、string类对象的修改操作

函数名称功能说明
push_back在字符串后尾插字符c
append在字符串后追加一个字符串
operator+=在字符串后追加字符串str
c_str返回C格式字符串
find + npos从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置
rfind从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置
substr在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

string中插入和查找等使用代码演示

注意：

  1. 在string尾部追加字符时，s.push_back© / 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

函数功能说明
operator+尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低
operator>>输入运算符重载
operator<<输出运算符重载
getline获取一行字符串
relational operators大小比较

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。

6.1、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
在这里插入图片描述

6.2、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：

  1. 空间总大小
  2. 字符串有效长度
  3. 引用计数
struct _Rep_base
{
	size_type 		_M_length;
	size_type 		_M_capacity;
	_Atomic_word 	_M_refcount;
};
  1. 指向堆空间的指针，用来存储字符串。

三、string类的模拟实现

1、经典的string类问题

上面已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。也可以看一下我的string模拟实现

2、浅拷贝

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

大家看下以下string类的实现是否有问题？

// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{ 
public:
	/*String()
		:_str(new char[1])
		{*_str = '\0';}
	*/
	//String(const char* str = "\0") 错误示范
	//String(const char* str = nullptr) 错误示范
	String(const char* str = "")
	{
		// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		} 
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	} 
	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}
private:
	char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
	String s1("hello bit!!!");
	String s2(s1);
}

在这里插入图片描述
说明：上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

3、深拷贝

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给
出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。
在这里插入图片描述

3.1、传统版写法的String类

class String
{ 
public:
	String(const char* str = "")
	{
		// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		} 
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	} 
	String(const String& s)
		: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
	{
		strcpy(_str, s._str);
	} 
	String& operator=(const String& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
			strcpy(pStr, s._str);
			delete[] _str;
			_str = pStr;
		} 
		return *this;
	} 
	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}
private:
	char* _str;
};

3.2、现代版写法的String类

class String
{ 
public:
	String(const char* str = "")
	{
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		} 
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
		} 
		String(const String& s)
			: _str(nullptr)
		{
			String strTmp(s._str);
			swap(_str, strTmp._str);
		} 
		// 对比下和上面的赋值那个实现比较好？
		String& operator=(String s)
		{
			swap(_str, s._str);
			return *this;
		} 
		/*
		String& operator=(const String& s)
		{
			if(this != &s)
			{
				String strTmp(s);
				swap(_str, strTmp._str);
			} 
			return *this;
		} 
		*/
		~String()
		{
			if (_str)
			{
				delete[] _str;
				_str = nullptr;
			}
		}
private:
	char* _str;
};

4、写时拷贝(了解)

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。
引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。
陈皓大佬的写时拷贝介绍
在这里插入图片描述
今天的分享到这里，麻烦各位大佬三连加关注！！！谢谢了！

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