C++STL标准模板库——String类
一、STL简介
1.1 什么是STL？
STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分 ，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。
1.2 STL的六大组件
二、string类
2.1 为什么学习string？
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OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，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 。
2.2 标准库中的string类
- string是表示字符串的字符串类
- 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
- string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;
- 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;
2.3 string类对象的常见构造
| 构造函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| string()(重点) | 构造空的string类对象，即空字符串 |
| string(const char* s) (重点) | 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) (重点) | 拷贝构造函数 |
2.4 string类对象的容量操作
| 函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| size(重点) | 构造空的string类对象，即空字符串 |
| length | 用C-string来构造string类对象 |
| capacity | string类对象中包含n个字符c |
| empty(重点) | 拷贝构造函数 |
| clear(重点) | 清空有效字符 |
| reserve(重点) | 为字符串预留空间 |
| resize(重点) | 将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充 |
void TestString1()
{
string s("hello");
cout << s.size() << endl; //返回字符串中的有效字符，不包含'\0'
cout << s.length() << endl; //等同于size，但是通常不用length求有效字符
cout << s.capacity() << endl; //返回空间总大小，同样不包含'\0'
cout << s << endl; //string类对象支持cin输入和cout打印
// 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;
}
假设不指定空间大小则每次都会扩容，带来计算开销
// 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 << s.capacity() << endl;
cout << "making s grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
s.push_back('c');
//查看扩容了几次
if (sz != s.capacity())
{
sz = s.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
reserve的应用场景是为了解决string的增容缺陷，假设我们已经知道要开辟多大空间时，可以直接指定空间大小，避免增容带来的开销
// 利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销
void TestPushBackReserve()
{
string s;
s.reserve(100);
size_t sz = s.capacity();
cout << s.capacity() << endl;
cout << "making s grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
s.push_back('c');
//查看扩容了几次
if (sz != s.capacity())
{
sz = s.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
使用reserve注意以下问题
void TestString3()
{
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;
}
总结
-
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。 -
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。 -
reserve和resize的区别是，reserve只增容不改变有效元素个数，resize即改变容量空间又对容量空间初始化。
2.5 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+ end | begin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 + rend | begin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for | C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式 |
<1> operator[]
void TestStringOperator1()
{
string s1("hello world");
cout << s1 << endl;
s1[0] = 'H';
cout << s1 << endl;
const string s2("hello c++");
// s2[0] = 'h'; 代码编译失败，因为const类型对象不能修改
}
<2> 迭代器
对于迭代器，我们暂时可以将其看成指针
//迭代器
void TestStringIterator()
{
string s("hello world");
//三种遍历方式：
//以下三种方式除遍历string外还可修改string中的字符
//第一种使用较多
//1.for+operator[]
cout << "for+operator[]" << endl;
for (size_t i = 0; i < s.size() - 1; ++i)
{
cout << s[i] << " "<< endl;
}
//2.正向迭代器
cout << "2.正向迭代器" << endl;
string::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << endl;
++it;
}
//2.反向迭代器
cout << "2.反向迭代器"<<endl;
string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
while (rit != s.rend())
{
cout << *rit << endl;
++rit;
}
//3.范围for
cout << "3.范围for" << endl;
for (auto ch : s)
{
cout << ch << endl;
}
2.6 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+= (重点) | 在字符串后追加字符串str |
| c_str(重点) | 返回C格式字符串 |
| find + npos(重点) | 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 |
<1> 在字符串后尾插字符
<2> 字符串查找
//找文件尾
void TestStringFind()
{
string s = "hello world";
s.push_back('!'); //字符串后尾插字符
cout << s << endl;
s.append("HELLO"); //字符串后追加字符串
cout << s << endl;
s += 'W'; //+=追加字符
cout << s << endl;
s += "ORLD"; //+=追加字符串
cout << s << endl;
s += s; //追加string对象
cout << s << endl;
string file1("string.cpp");
string file4("string.c.tar.zip");
//substr第二个参数可以不写，从前往后找
size_t pos = file1.find('.');
if (pos != string::npos)
{
cout << file1.substr(pos, file1.size() - pos) << endl;
}
//rfind从后往前找
size_t pos4 = file4.rfind('.');
if (pos4 != string::npos)
{
cout << file4.substr(pos4) << endl;
}
//分割域名
string url = "http://cplusplus.com/reference/string/string/find/";
cout << url << endl;
size_t pos5 = url.find(':'); //第一个冒号分割http
if (pos5 != string::npos)
{
cout << url.substr(0, pos5) << endl;
}
size_t pos6 = url.find('/', pos5 + 3); //pos5+3:c pos6:/
if (pos6 != string::npos) //分割网址cplusplus.com
{
cout << url.substr(pos5 + 3, pos6 - (pos5 + 3)) << endl;
}
cout << url.substr(pos6 + 1, string::npos) << endl;
//删除http
string copy = url;
cout << copy.erase(0, pos5 + 3) << endl;
}
注意：
- 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。 - 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。
2.7 string类的非成员函数
| 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>> （重点） | 输入运算符重载 |
| operator<< （重点） | 输出运算符重载 |
| getline （重点） | 获取一行字符串 |
| relational operators （重点） | 大小比较 |
