【C++干货铺】STL简述 | string类的使用指南

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什么是STL

STL的版本

STL的六大组件

STL的缺陷

string类

C语言中的字符串

标准库中的string类

string类常用的接口使用指南

string类中常见的构造

string类对象的访问及遍历操作

string类对象的容量操作

string类对象空间的开辟规则

string类对象的修改操作

尾插、append、+=重载

assign

insert、erase

rfind、substr

三个有趣的迭代器

逆置迭代器

静态迭代器

静态逆置迭代器

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。

STL的版本

原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本--所有STL实现版本的始祖。

P.J.版本

由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

RW版本

由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

SGI版本

由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，阅读性非常高。我们后面分享的技术内容STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

STL的六大组件

容器：各种数据结构，如vector，list，deque，set，map等用来存放数据
算法：各种常用算法，如sort，find，copy，for_each等
迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂
仿函数：行为类似函数，可作为算法的某种策略
适配器：一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西
空间适配器：负责空间的配置与管理

STL的缺陷

1. STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。
2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
3. STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。
4. STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。

string类

为什么我们要深入学习剖析string类呢？

C语言中的字符串

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（面向对象编程与面向过程）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。

标准库中的string类

1. 字符串是表示字符序列的类
2. 标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
3. string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。
4. string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，char_traits
和allocator作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
5. 注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

总结

1. string是表示字符串的字符串类

2. 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。

3. string在底层实际是：

basic_string模板类的别名，typedefbasic_string<char,char_traits,allocator>string;

4. 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;

string类常用的接口使用指南

string类中常见的构造

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)	用常量字符串来构造string类对象
string(const string& s)	拷贝构造函数

void string_test1()
{
	//空类调用构造函数
	string s1;
	//调用构造函数
	string s2 ( "hello word");
	//调用拷贝构造函数
	string s3(s2);
	cin >> s1;
	cout << "s1:" << s1 << endl;
	cout << "s2:"<<s2 << endl;
	cout << "s3:"<<s3 << endl;
}

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类对象的调用
begin + end	begin获取第一个字符的迭代器+end获取下一个位置的迭代器
rbegin +rend	rbegin获取最后一个字符的反向迭代器+rend获取第一个字符迭代器
范围for循环	C++11简洁的范围for循环新的遍历方式

//[]操作符重载遍历
	string s1("hello word");
	int i = 0;
	//遍历读
	for (int i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " "  ;
	}
	cout << endl;
	//遍历写
	for (int i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		s1[i]++;
		cout << s1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	//迭代器遍历
	string s2("hello word");
	//迭代器读
	string::iterator it = s2.begin();
	while (it != s2.end())
	{
		cout << *it<<" ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	//迭代器写
	string::iterator it1 = s2.begin();
	//不可以写成while(it1<s2.end())
	//有可能不连续 
	while (it1 != s2.end())
	{
		*it1 = 'a';
		cout << *it1 << " ";
		it1++;
	}
	cout << endl;
	//范围for循环遍历
	//范围for循环读
	string s3("hello word");
	for (auto ch : s3)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	//范围for循环写
	for (auto& ch : s3)
	{
		ch++;
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;

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	返回字符串有效长度
capacity	返回空间总大小
clear	清空有效字符
reserve	为字符串预留空间
resize	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充

	string s1("hello word");
	//这里size和length成员函数返回的都是字符串的长度
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.length() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	s1.clear();
	cout << s1.capacity() << endl;

    string s1("hello word");
	cout << s1 << endl;
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	s1.resize(13);
	//添加\0
	cout << s1 << endl;
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	s1.resize(20, 'x');
	cout << s1 << endl;
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	s1.resize(5);
	//拿取前5个字符
	cout << s1 << endl;
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	string s2;
	s2.resize(10, '#');
	cout << s2 << endl;
	cout << s2.size() << endl;
	cout << s2.capacity() << endl;
	s2[0]++;
	cout << s2 << endl;
	s2.at(0)++;
	cout << s2 << endl;

string类对象空间的开辟规则

	string s;
	s.reserve(100);
	int old = s.capacity();
	cout << "初始：" << old << endl;
	for (int i = 0; i < 100; i++)
	{
        //尾插
		s.push_back('x');
		if (s.capacity() != old)
		{
			cout << "容量：" << s.capacity() << endl;
			old = s.capacity();
		}
	}
	s.reserve(10);
	cout << s.capacity() << endl;

首先在vs集成开发环境下会在我们的要求下多开辟空间。

在vs集成开发环境下刚开始会以1倍开辟空间，最后变成以1.5倍开辟空间。

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。