【C++初阶7-string】真方便，真舒服

前言

本期浅学一下STL的string。

内容概览：

• STL
• string
  • 是什么
  • 为什么
  • 怎么用（接口介绍及使用）

博主水平有限，不足之处望请斧正！

先导

STL

C++中非常重要的一个东西，STL(Standard Template Library) 标准模版库，是C++标准库中的一部分。STL主要包含

• 可复用的组件库
• 数据结构和算法的软件框架

分为六个部分的话：

• 容器（数据结构）
• 算法
• 迭代器
• 函数对象
• 适配器
• 内存分配器

几乎所有代码都采用了类模版和函数模版，大大提高代码复用性。

主要版本有：

• 原始版本
  • HP版：由Alexandar Stepanov和Meng Lee在惠普实验室开发。
• 衍生版本
  • SGI版：由Alexandar Stepanov和Matt Austern在SGI开发，代码风格好，开源，且任何人都能修改和销售。Linux的g++采用。
  • P.J.版：由 P.J.Plauger在他自己的三个人的公司开发，实现比较复杂，易读性不是特别高，且并不开源。微软的vs系列采用。
  • RW版：由 Rouge Wave 公司开发，C++builder采用

---

string

是什么

string 是通过 basic_string 这个类模版，使用实例化出来的类。本质是动态增长的字符数组。

嗯？字符串不就都是char组成的吗，

【为什么还要搞个模版，让我们指定类型实例化呢？】

这里涉及到编码的问题：

编码

是什么

把要放进计算机的文字符号映射为二进制。（计算机中只有0和1）

其实我们在学习C语言的时候就接触过——ascii码。计算机最早是从英国过去美国的人搞的，也就用英语，那怎么通过计算机显示英语呢？

英语仅由较少的字母和符号即可显示，所以1~127就能映射所有文字符号。

比如，要存储 “abc”，映射进计算机就是 97 98 99的二进制。

int main()
{
    char str[] = "abc";
    printf("%d %d %d\n", str[0], str[1], str[2]);
    return 0;
}
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97 98 99
1

如果正常打印，计算机发现这是char类型，就拿着值到表里找，97对应’a’…

那别的国家咋办呢，中文的文字这么多。

unicode

unicode，统一码，也叫万国码。用统一的标准表示了很多国家的语言。

有 UTF-8、UTF-16、UTF-32三种，日常使用最多的是UTF-8，用2个字节表示，可以表示常用的汉字，兼容ASCII。

但对中文还是不太够，我们自己搞了GBK（国标），用2个字节表示

int main()
{
    char str[] = "培根";
    
    cout << str << endl;
    cout << "size:" << sizeof(str) << endl;
  	//对“培”的第二个字节++会怎样？
    ++str[2];
    cout << str << endl;
    ++str[2];
    cout << str << endl;
    ++str[2];
    cout << str << endl;
    --str[2];
    cout << str << endl;
    --str[2];
    cout << str << endl;
    --str[2];
    cout << str << endl;
    
    return 0;
}
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培根
size:5
培郭
培葫
培基
培葫
培郭
培根
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可以看到，此处的编码按照字音来，有一个场景就是帮助净化网络环境（敏感词的谐音字也能变成“***”）。

到这里我们也能理解为什么string要写成模版了，不同的编码就指定不同的类型。

如果我们要存UTF-16的字符串，就用u16stirng。

如果我们要存UTF-16的字符串，就用u32stirng。

如果我们要存宽字符串，就用wstirng。

string就对应UTF-8的编码规则，也是最常用的。

所以，一种可能的框架：

template <class T>
class basic_string
{
public:
    //...
private:
    T* _str;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
};

basic_string<char> s_8;
basic_string<char16_t> s_16;
basic_string<char32_t> s_32;
basic_string<wchar_t> s_w;
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*推荐给一个大家查看C++文档的网站（非官方，但好用）

---

为什么

C语言中，字符串是以\0结尾的字符的集合，为了操作方便，C标准库也提供了字符串操作的函数。但这些库函数和字符串是分离开的，通过char*指针来操作，不符合OOP（面向对象程序设计）的思想。而且底层的内存需要自己管理，不注意还会越界访问。所以C++就封装了一个stirng类。

---

怎么用

有些接口会略过，知道有这个接口就行，用的时候查下文档简简单单。

Constructor (构造)

(1) default：默认空字符串。

int main()
{
    string s;
    cout << s << endl << "111" << endl;
    return 0;
}
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111
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(2) copy：拷贝构造。

int main()
{
    string s1("bacon");
    string s2(s1);
    cout << s2 << endl;
    return 0;
}
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bacon
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(3) substring：用pos开始的n个字符构成的子字符串来构造。

int main()
{
    string s1("123 456 bacon", 0, 7);
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}
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123 456
1

(4) from c-string：通过c式字符串构造。

int main()
{
    string s("bacon");
    cout << s << endl;
    return 0;
}
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bacon
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(5) from sequence：用长度为n的字符序列构造。

(6) fill：用n个c构造。

int main()
{
    string s(10, '!');
    cout << s << endl;
    return 0;
}
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!!!!!!!!!!
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(7) range：用迭代器区间构造（后面讲）。

int main()
{
    string s1(10, '!');
    string s2(s1.begin(), s1.end());
    cout << s2 << endl;
    return 0;
}
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!!!!!!!!!!
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Destructor (析构)

释放空间

Operator = (赋值运算符重载)

int main()
{
    string s1, s2, s3;
    s1 = "it's "; // c-string
    s2 = "a string."; // single character
    s3 = s1 + s2; // string
    
    cout << s3 << endl;
    return 0;
}
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Non-Member function overloads (非成员函数重载)

（1）operator+

​ Concatenate strings (function )

（2）relational operators

​ Relational operators for string (function )

就是一些比较符号，string 和 string / char* / char 都能比较

（3）swap

​ Exchanges the values of two strings (function )

​ void swap (string& x, string& y);

（4）operator>>

​ Extract string from stream (function )

（5）operator<<

​ Insert string into stream (function )

（6）getline

Get line from stream into string (function )

int main()
{
    string s1;
    string s2;
    getline(cin, s1);
    getline(cin, s2);
    
    string s3 = s1 + s2;
    cout << s3 << endl;
    
    string s4 = "!!!";
    s4.swap(s3);
    cout << s3 << endl;
    cout << s4 << endl;
    
    return 0;
}
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123//输入
abc//输入
123abc
!!!
123abc
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诶？好像有个算法库，里面不是有个swap吗？

确实，是这样实现的：

template <class T> void swap ( T& a, T& b )
{
  T c(a); a=b; b=c;
}
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可以发现，需要构造一个临时对象c。但是对于我们动态增长的stirng，会涉及深拷贝的问题。

那我们void swap (string& x, string& y);又做了什么呢？

其实给string写的swap，只是交换了stirng的成员，深拷贝的问题也直接解决了。

Iterators (迭代器)

啥是iterator？

行为类似于指针的东西。

迭代器主要有5种

• 输入迭代器
  • 操作对象是输入流
• 输出迭代器
  • 操作对象是输出流
• 前向迭代器
  • 可向“前”走，支持++
• 双向迭代器
  • 可向“后”走，支持++、–
• 随机访问迭代器
  • 可“随机”走，支持++、–、+=、-=

string的迭代器，可以理解成一个char指针，是随机访问迭代器。

再举个例理解前、双、随机迭代器，带头双向循环链表是双向迭代器，单链表是前向迭代器，数组是随机迭代器。

（1）begin

​ Return iterator to beginning (public member function )

​ iterator begin();

​ const_iterator begin() const;

（2）end

​ Return iterator to end (public member function )

​ iterator end();

​ const_iterator end() const;

（3）rbegin

​ Return reverse iterator to reverse beginning (public member function )

​ reverse_iterator rbegin();
​ const_reverse_iterator rbegin() const;

（4）rend

​ Return reverse iterator to reverse end (public member function )

​ reverse_iterator rend();
​ const_reverse_iterator rend() const;

（5）cbegin

​ Return const_iterator to beginning (public member function )

​ const_iterator cbegin() const noexcept; (noexcept先不管，后面会讲的哈)

（6）cend

​ Return const_iterator to end (public member function )

​ const_iterator cbegin() const noexcept;

（7）crbegin

​ Return const_reverse_iterator to reverse beginning (public member function )

​ const_reverse_iterator crbegin() const noexcept;

（8）crend

​ Return const_reverse_iterator to reverse end (public member function )

​ const_reverse_iterator crend() const noexcept;

• r：反向
• c：const对象的迭代器

以上迭代器不混用

这些接口返回的都是一个iterator（迭代器），我们得用同样类型接收返回值，而iterator是成员类型，所以要指定类域。

int main()
{
    string s("it's a string.");
    string::iterator it = s.begin();
    while(it != s.end())
    {
        cout << *it << ' ';
        ++it;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
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i t ' s   a   s t r i n g . 
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int main()
{
    string s("it's a string.");
    string::reverse_iterator it = s.rbegin();
    while(it != s.rend())
    {
        cout << *it << ' ';
        ++it;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
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int main()
{
    const string s("it's a string.");
    string::const_reverse_iterator it = s.crbegin();
    while(it != s.crend())
    {
        cout << *it << ' ';
        ++it;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
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. g n i r t s   a   s ' t i 
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行为类似指针。

往回看，范围for就是利用迭代器，将范围for的代码替换成用迭代器遍历的代码。之前说范围for对于自定义类型，要有begin和end方法也是这样。

int main()
{
    string s("it's a string.");
    
    for(char ch : s)
    {
        cout << ch << ' ';
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
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i t ' s   a   s t r i n g . 
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Capacity (容量)

（1）size

​ Return length of string (public member function )

​ size_t size() const;

（2）length

​ Return length of string (public member function )

​ size_t length() const;

（3）max_size

​ Return maximum size of string (public member function )

​ size_t max_size() const;

（4）resize

​ Resize string (public member function )

​ void resize (size_t n);

​ void resize (size_t n, char c);

如果 n < _size，会减小\_size删除数据（不缩容）
如果 n > _size，会增大\_size，可传一个c，自动将增加的部分填充成c
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（5）capacity

​ Return size of allocated storage (public member function )

​ size_t capacity() const;

（6）reserve

​ Request a change in capacity (public member function )

​ void reserve (size_t n = 0);

（7）clear

​ Clear string (public member function )

​ void clear();

（8）empty

​ Test if string is empty (public member function )

​ bool empty() const;

（9）shrink_to_fit

​ Shrink to fit (public member function ) 不建议频繁使用，因为得异地开辟并拷贝。

void shrink_to_fit();

size + capacity + length + max_size + clear + empty:

int main()
{
    string s = "123456";
    cout << "size: " << s.size() << endl;
    cout << "length: " << s.length() << endl;
    cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;
    cout << "max_size: " << s.max_size() << endl;

    s.clear();
    cout << "----string cleared----" << endl;
    cout << "size: " << s.size() << endl;
    cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;
    return 0;
}
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size: 6
length: 6
capacity: 22
max_size: 18446744073709551599
----string cleared----
size: 0
capacity: 22
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resize + reserve + shrink_to_fit:

int main()
{
    string s = "123456";
    cout << "size: " << s.size() << endl;
    cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;

    s.resize(3);
    cout << "----string resized to 3----" << endl;
    cout << "size: " << s.size() << endl;
    cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;
    
    s.reserve(20);
    cout << "----string reserved to 20----" << endl;
    cout << "size: " << s.size() << endl;
    cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;
    
    s.shrink_to_fit();
    cout << "----string shrinked_to_fit----" << endl;
    cout << "size: " << s.size() << endl;
    cout << "capacity: " << s.capacity() << endl;
    
    return 0;
}
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size: 6
capacity: 22
----string resized to 3----
size: 3
capacity: 22
----string reserved to 20----
size: 3
capacity: 22
----string shrinked_to_fit----
size: 3
capacity: 22
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诶？shrink_to_fit的功能不是把capacity fit (适应) 至size吗？这里咋没动。这是编译器干的事，为什么它不让我缩容？

因为编译器自己对string的capacity有最小限度，比如我的XCode，就规定string的capacity最小是22。

对于所有缩容操作：编译器对string的capacity有自己的最小限度。

int main()
{
    string s(100, '?');
    cout << s.capacity() << endl;
    
    s.resize(10);
    s.shrink_to_fit();
    cout << s.capacity() << endl;
    return 0;
}
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22//虽然size是10，但capacity最多只能适应至22
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Elements access (元素的访问)

（1） operator[]

​ Get character of string (public member function )

​ char& operator[] (size_t pos);
​ const char& operator[] (size_t pos) const;

（2）at

​ Get character in string (public member function )

​ char& at (size_t pos);

​ const char& at (size_t pos) const;

（3）back

​ Access last character (public member function )

​ char& back();
​ const char& back() const;

（4）front

​ Access first character (public member function )

​ char& front();

​ const char& front() const;

int main()
{
    string s("it's a string.");
    
    for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
    {
//        cout << s[i] << ' ';
        cout << s.at(i) << ' ';
    }
    cout << endl;
    
    cout << "front:" << s.front() << endl;
    cout << "back:" << s.back() << endl;
    
    return 0;
}
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Modifiers

（1）operator+=

​ Append to string (public member function )

（2）append

​ Append to string (public member function )

（3）push_back

​ Append character to string (public member function )

​ void push_back (char c);

（4）assign

​ Assign content to string (public member function )

（5）insert

​ Insert into string (public member function )

（6）erase

​ Erase characters from string (public member function )

（7）replace

​ Replace portion of string (public member function )

string& replace (size_t pos, size_t len, const string& str);

​ 用得不多。

（8）swap

​ Swap string values (public member function )

​ void swap (string& str);

（9）pop_back

​ Delete last character (public member function )

void pop_back();

+= + push_back + pop_back:

int main()
{
    string s = "Jay chou is ";
    cout << s << endl;
    
    s += "cool";
    cout << s << endl;
    
    s.push_back('!');
    cout << s << endl;
    
    s.pop_back();
    cout << s << endl;
    
    
    return 0;
}
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Jay chou is 
Jay chou is cool
Jay chou is cool!
Jay chou is cool
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append + assign + insert + erase:

int main()
{
    string s = "Jay chou is ";
    cout << s << endl;
    
    string tmp = "very handsome";
    s.append(tmp);
    cout << s << endl;
    
    string s2;
    s2.assign(s);
    cout << s << endl;
    
    size_t pos = 0;
    s2.insert(pos, "----");
    cout << s2 << endl;
    
    s2.erase(pos, 7);
    cout << s2 << endl;
    
    return 0;
}
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Jay chou is 
Jay chou is very handsome
Jay chou is very handsome
----Jay chou is very handsome
 chou is very handsome
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String operations (字符串操作)

（1）c_str

​ Get C string equivalent (public member function )

​ const char* c_str() const;

​ 这个接口还是很重要的，很多接口如Linux的系统调用，就只能接收C式字符串。

（2）data

​ Get string data (public member function )

​ const char* data() const;

（3）get_allocator

​ Get allocator (public member function ) （后面学）

（4）copy

​ Copy sequence of characters from string (public member function )

（5）find

​ Find content in string (public member function )

（6）rfind

​ Find last occurrence of content in string (public member function )

（7）find_first_of

​ Find character in string (public member function )

（8）find_last_of

​ Find character in string from the end (public member function )

（9）find_first_not_of

​ Find absence of character in string (public member function )

（10）find_last_not_of

​ Find non-matching character in string from the end (public member function )

（11）substr

​ Generate substring (public member function )

（12）compare

​ Compare strings (public member function )

c_str + find + rfind:

int main()
{
    string s = "code is beautiful.";
    
    size_t pos = s.find(' ');
    printf("%s\n", s.c_str() + pos);
    
    pos = s.rfind(' ');
    printf("%s\n", s.c_str() + pos);
    
    return 0;
}
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 is beautiful.
 beautiful.
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Member constants (成员常量)

npos

Maximum value for size_t (public static member constant )

int main()
{
    string s = "code is beautiful.";
    
    cout << string::npos << endl;
    
    return 0;
}
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今天的分享就到这里啦

这里是培根的blog，与你一同进步！

下期见～