STL详解---string类的使用

零.前言

网上有句话说：不懂STL不要说你会C++。STL是C++中的优秀作品，有了它的陪伴，许多底层的数据结构以及算法都不需要自己造轮子，站在前人的肩膀上，健步如飞地飞速开发。

1.STL简介

（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。
可以理解为就是一个类似stdio.h的库，包含了这个库，里面的语法或者函数可以直接使用。

（2）STL的版本

最原始的版本是由Alexander Stepanov和Meng Lee开发的，并且他们要求对其进行开源处理。之后又经历了PJ.版本，RW版本，SGI版本等，目前SGI版本最应用最广泛的版本，我们后面学习STL要阅读部分源代码，主要参考这一版本。
总结一下目前开源与闭源的操作系统或者软件：

开源：STL，linux，git，Vue
闭源：IOS，Windows

（3）如何学习STL

第一境界：熟练使用STL。
第二境界：了解STL的源代码，即了解底层。
第三境界：会自己扩充STL库。
这里推荐一本书来学习STL的底层：《STL源码剖析》
废话不多说，正式进入主题：

（4）STL的六大组件

STL有六大组成部分，我们会来逐一学习：

首先我们来学习容器中的string类。

2.string类的基本概念

（1）含义

string类，顾名思义是进行字符串操作的一个类，操作方式即使用其中的成员函数来进行操作。

（2）使用方法

#include<string>
using namespace std;

string也是在类域std中的，我们在练习时也可以将类域std打开。

（3）原理

通过查阅文献，我们发现string类原来是typedef出来的，是对basic_string这一模板传入char类型时起的别名。这一模板的定义方式大概是这样的：

template<class T>
class basic_string
{
    
    
private:
T* _str;
//....
}

有人会问为什么要使用模板呢？字符串类型除了char还有别的嘛？
其实字符类型除了char之外还有别的类型，比如wchar_t就占两个字节。我们存储汉字一般会使用两个字节来进行存储。所以对于两字节存储的字符再使用basic_string传入wchar_t起别名的话就方便的多了。
注意：string类中传入的是char，上面只作了解即可。

3.string类中常见构造函数

构造函数即用于初始化。

1.string()：构造空的string类对象str，即空字符串。
2.string (const char* s)：向对象中传入字符串来构造string对象。
3.string(size_t n,char c)：string类对象中包含n个字符c。
4.string(const string&s)：拷贝构造函数。

    string s1;//空字符串s1。
	string s2("hello world");//向s2中传入hello world。
	string s3(s2, 2, 6);//向s3中传入s2中从第二个开始（不包括第二个）后六个字符。当最后不加数值时（即不加6），则会取后面的全部字符。
	string s4(s2);//用s2对s4进行初始化。
	cout << s1 << endl;//重载运算符，可以直接打印s1对象的字符串内容。
	cout << s2 << endl;
	cout << s3 << endl;
	cout << s4 << endl;

4.string类中析构函数

自动调用，不用管。

5.string类对象的容量操作

1.size：返回有效字符长度。
2.length：返回字符串的有效字符长度。是一个历史残留问题。
3.capacity：返回空间总大小。
4.empty：检测字符串是否为空，是返回true，不是返回false
5.clear：清空有效字符。
6.reserve：为字符串预留空间。
7.resize：将有效字符改成n个，多出的用字符C填充。

（1）显示容量

    string s1("hello world");
	cout << s1.size() << endl;//输出字符串大小，不包括'\0'
	cout << s1.length() << endl;//输出字符串大小，不包括'\0'
	cout << s1.capacity() << endl;//输出空间总大小
	s1.clear();//清空有效字符串
	cout << s1 << endl;

（2）扩容

扩容一般使用两种函数，reserve与resize。reserve主要为开空间，而resize在开空间的同时还会进行初始化。

string s1("hello world");
cout << s1.capacity() << endl;
s1.reserve(100);
cout << s1.capacity() << endl;

打印的结果是：

通过打印我们发现，reserve扩展的空间是在原有字符串大小基础上扩展的，而不是在原有容量的基础上。

string s1("hello world");
s1.resize(100,'x');

我们可以通过调试来观察这段代码的效果：

我们发现hello world并没有被覆盖，最大空间变成了111和reserve一样。但是，x只有89个，一共增加了100-11个x，但是在hello world后面增加了100个空间。
如果我们开辟的空间小于字符串本身呢？s1.resize(5)表示的是只保留前五个字符大小。

6.string类中operator[]重载

（1）举例

我们可以使用s1[i]来进行字符的读或者写的操作。

     string s1("hello world");
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
    
    
		cout << s1[i] << " ";//s1[i]进行读操作
		s1[i] += 1;
	}
	cout << endl;
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
    
    
		cout << s1[i] << " ";//s1[i]进行写操作
	}

（2）底层实现

char& operator[](size_t pos)
{
    
    
      return _str[pos];//返回pos位置所在的字符
}

注意，这里使用引用返回不是为了减少拷贝，这里是为了修改返回对象。
at也是和operator[]一样，但是检测越界的方法不同，operator[]使用断言，at直接抛异常。

7.string类与迭代器

（1）举例

在刚开始使用迭代器时，我们可以把它想象成一个指针类型。

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

其中it就是一个迭代器类型的变量，由于函数iterator在类内，因此在使用时需要首先指明类域。

我们仍然使用解引用操作符来进行类似解引用的操作。我们同样也可以通过*来对字符串的内容进行修改，对这段代码打印的结果是：

（2）反向迭代器

反向迭代器使用函数reverse_iterator

    string s1("hello world");
	string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
	while (rit != s1.rend())
	{
    
    
		cout << *rit;
		++rit;
	}

打印的结果是刚好反过来的：

注意：我们定义反向迭代器rit之后，在进行遍历时虽然是从后向前遍历，但是仍需要对rit进行++操作。

（3）使用迭代的意义

迭代的意义主要体现在和[]进行对比，有人可能认为既然可以用下标直接引用，为什么还要使用迭代器呢？
这是因为对于string来说，下标和[]就足够好用，可以不使用迭代器，但是对于其他容器，比如list map/set等不支持下标加[]遍历，比如对于链表来说，由于物理内存不连续所以不能使用下标来进行遍历。
除了普通迭代器之外，还有const修饰的迭代器等等。后面会详细说明的。

（4）补充：语法糖实现遍历

除了使用迭代器遍历之外，我们还可以使用语法糖来进行遍历操作：

    string s1("hello world");
	for (auto& e : s1)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}

范围for会把s1中的每一个字符取出来赋值给e（使用引用则为它本身），自动往后迭代，自动判断结束。

8.string类对象的增删操作

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+nops：从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符再字符串中的位置。
rfind：从字符串中pos位置开始往前找字符c，返回该字符再字符串中的位置。
substr：在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回。

（1）增删

    string s1("hello world");
	s1.push_back('a');//在末尾插入字符a
	cout << s1 << endl;
	s1.append("bcd");//在末尾插入字符串bcd
	cout << s1 << endl;
	s1 += 'e';//在末尾插入字符e
	cout << s1 << endl;
	s1 += "hello linux";//在末尾插入字符串hello linux
	cout << s1 << endl;

注意：推荐直接使用操作符重载进行增删操作。

（2）查与匹配

下面是一段字符串截取的代码，截取后缀.txt：

    string file("test.txt");
	size_t pos = file.find('.');//返回第一次匹配'.'的位置
	if (pos != string::npos)
	{
    
    
		string suffix = file.substr(pos, file.size() - pos);//将.之后的内容赋值给suffix
		cout << suffix << endl;
	}

find会返回第一次出现匹配的位置，如果匹配失败会返回nops（无符号-1，表示一个极大的数）。
substr是字符串截取函数，意思是截取pos位置与file.size()-pos位置的字符串。
同上，我们也可以使用rfind进行倒着查找。
这里再举一个截取网址的例子：
我们都知道网址分为三部分：协议，域名与网络路径。下面使用find与substr来进行截取操作。

    string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
	size_t pos1 = url.find(':');
	string protocol = url.substr(0, pos1 - 0);
	cout << protocol << endl;
	size_t pos2 = url.find('/', pos1 + 3);//从pos+3的位置开始找
	string domain = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
	cout << domain << endl;
	string uri = url.substr(pos2 + 1);//没指定结尾位置，默认为整个后面内容
	cout << uri << endl;

打印的结果为：

9.string类中自定义插入与删除（效率低，不建议使用）

使用insert与erase两函数进行操作：

    string s("hello world");
	s.insert(0, 1, 'x');//在0位置插入一个1
	s.insert(s.begin(), 'y');//在头处插入一个y
	s.insert(0, "test");//在头处插入test
	s.insert(4, "&&");//在第四个位置插入特殊符号
	s.erase(0, 1);//删除头处第一个字符
	s.erase(s.size() - 1, 1);//尾删一个字符
	cout << s << endl;

打印的结果为：

在使用erase时，如果不给值的话，会继续删完。
尽量少使用头部和中间的删除，因为要挪动数据，效率较低。

10.string类字符串的比较

和C语言中strcmp一样，string类也有对字符串的比较，不过是通过运算符重载。

    string s1("hello world");
	string s2("string");
	cout << (s1 < s2) << endl;
	cout << ("hhh" > s2) << endl;

注意我们可以使用两种方式来说进行字符串比较，一种是s1<s2，另一种是直接进行比较。
与strcmp原理一样，会从两个字符串起始位置开始比较，如果为真则返回1，如果为假返回0。

11.string类字符串的转换

我们使用stoi（string to int）来将字符串转为整型，使用to_string来将其他类型转换为字符串。

    int val = stoi("1234");
	string str = to_string(3.14);

我们可以通过调试来观察转换是否成功：

可见，转换很成功。

12.总结

string类是表示字符串的字符串类，在使用string类时必须包含头文件，并开放std空间，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，基本都会使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。