C++ STL-string 类使用超详解

0. 引言

1. string 类

1.1 string类的基本概念

1.2 string类与char*的区别

1.3 string类的作用

2. string 的接口使用

2.1 string 类对象的默认成员函数

2.1.1 构造函数 - 初始化

2.1.2 npos 含义

2.2 赋值重载 - 初始化

2.3 析构函数

2.2 string 类对象的访问和遍历操作

2.2.1 operator[ ]

2.2.2 at

2.2.3 迭代器

2.2.4 范围 for

2.3 string 常见的容量操作

2.3.1 size 和 length编辑编辑

2.3.2 capacity

2.3.3 empty 编辑

2.3.4 reserve 编辑

2.3.4 resize 编辑

2.4 string 常见修改操作

2.4.1 operator +=

2.4.2 insert

2.4.3 erase 编辑

2.5 string其他操作

0. 引言

STL(standard template libaray-标准模板库)是C++的一个重要组成部分，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。因此，学习和使用STL显得格外的重要。

在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。于是 C++ string类，它可以看做是一个管理字符串的数据结构。

1. string 类

1.1 string类的基本概念

string 就是字符串的意思，是 C++用来代替char数组的数据结构。里面封装了一些常用的方法，方便我们地对其进行一些操作，而且string的空间大小是动态变化的，大大减小了不必要的花销。

1.2 string类与char*的区别

(1) char* 是一个指针

(2) string 本质上是一个类，类的内部封装了char*，即 string 是一个 char* 型的容器

(3) string 管理所分配的 char* 内存，不用担心复制越界和取值越界等

C++ string 类它提供了一系列成员函数和操作符，使得字符串的操作更加方便和灵活。

1.3 string类的作用

string类 它可以存储任意数目的字符。它可以用来表示文本或其他字符串数据，例如：文本文件内容、网络传输的数据、数据库中的文本列、用户输入或输出等。

string 类的作用有以下几个方面：string类可以存储和操作任意数目的字符，可以处理文本数据，如搜索、替换、截取子串等操作。使用string类可以方便地进行字符串操作。如连接（concatenate）两个字符串、删除（erase）字符串中的一些字符、复制（copy）字符串等。string类是C++标准库的一部分，可用于在不同的计算机和操作系统之间进行可靠的代码交换。

2. string 的接口使用

2.1 string 类对象的默认成员函数

函数名称	功能
constructor	构造函数
destructor	析构函数
operator=	赋值重载

2.1.1 构造函数 - 初始化

红色框出来的是重点，下面的代码我们做出了一些说明：

string();		// 构造一个空字符串
string (const char* s);				// 用C-string来构造string类对象
string (const char* s, size_t n);	// 用C-string的前n个字符来构造string类对象
string (size_t n, char c);		// 生成n个c字符的字符串
 
string (const string& str);		// 利用原先的字符串做拷贝构造
// 拷贝str字符串中从pos位置开始的len个字符
string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);

照着说明，我们可以做出如下的验证：

我们看到了这句代码： string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);

其中为什么结尾给 npos 呢？npos 代表什么，我们接下来看一下。

2.1.2 npos 含义

Maximum value for size_t 说明了其为无符号整数的最大值，我们将其打印发现：

这是一个非常大的值，编译器默认就是从当前的这个【pos】位置开始一直到字符串末尾，这就是npos的作用。 也就是说 npos则直接到达字符串的末尾。

2.2 赋值重载 - 初始化

下面的代码是我们做出了一些说明：

string& operator= (const string& str);	// 将一个string对象赋值给到另一个
string& operator= (const char* s);		// 将一个字符串赋值给到string对象
string& operator= (char c);				// 将一个字符赋值给到string对象

照着说明，我们同样可以做出如下的验证：

2.3 析构函数

2.2 string 类对象的访问和遍历操作

接口	说明
operator[ ]	返回pos位置的字符，const string类对象调用
at()	返回pos位置的字符，const string类对象调用
迭代器	begin() end() / rbegin() rend()
范围for	范围for遍历

2.2.1 operator[ ]

看到 [ ] 我们肯定能够想到运算符重载。operator [ ] 具有两个重载函数，一个是普通对象，一个则是const对象。

因此我们可以根据 operator[ ] 就可以利用 下标+ [ ] 来访问string中任何一个元素了。例如：

我们知道，sting 类的对象中的字符是存储在堆上面的，那是否和C语言相同以'\0'结尾呢？我们调试来看：string封装很多，不过仍然能看到结尾的 '\0' 。

同时我们也可以利用下标+ [ ] 对字符来进行更改：

因此，opterator [ ] 可以让我们对字符串的使用类似于数组的增删查改。

2.2.2 at

我们可以看到 at 同样具有两个重载函数，一个是普通对象，一个则是const对象。

2.2.3 迭代器

接口	说明
begin()	返回指向第一个元素的迭代器
end()	返回指向最后一个元素的下一个位置的迭代器
rbegin()	返回指向最后一个元素的反向迭代器
rend()	返回指向第一个元素的前一个位置的反向迭代器

迭代器是是另一种访问string中内容的方式，图示如下，我们使用一个 it 去保存这个字符串begin处的位置，那么在其不断进行后移的过程中，就是在遍历这个字符串，当其到达最后的 end 处时，也就遍历完了。反向迭代器则方向相反，过程如图所示：

参考代码如下：

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

cout << "反向迭代器：";
string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
while (rit != s1.rend())
{
	cout << *rit << " ";
	rit++;
}
cout << endl;

迭代器的这种方式，其实和指针非常得类似，其中 iterator 是像指针但不是指针。

2.2.4 范围 for

范围 for 就是我们上次提到过的 语法糖。

需要注意的是，范围for的底层实现还是【迭代器】，它在遍历的时候相当于是将 *it 的数据给到当前的ch，和迭代器的本质还是一样的。

2.3 string 常见的容量操作

接口	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	检测字符串是否为空串，是返回true,否返回false
reverse	为字符串预留空间
resize	将有效字符串的个数改成 n 个，多出的空间用字符c填充

2.3.1 size 和 length

我们发现size 和 length 定义是一模一样的，都是返回字符串的长度。结果也是一模一样的。

2.3.2 capacity

capacity() 表示为字符串开辟的空间大小。

下面我们来看一下 windows 平台下是如何动态扩容的：

string s;
size_t sz = s.capacity();
cout << "making s grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
	s.push_back('L');
	if (sz != s.capacity())
	{
		sz = s.capacity();
		cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	}
}

Windows下的VS中，扩容以1.5倍大小扩容。

2.3.3 empty

检测字符串是否为空串，是返回true,否返回false 。

2.3.4 reserve

reserve 可以提前为字符串开辟一个大小为 n 的空间。

因此 reserve 可以为我们提前开好所需的空间。

2.3.4 resize

上面说到 reserve 只是扩容，而 resize 是初始化字符串的个数。另外使用resize时，size和capacity都会改变，并且二者的capacity 比给出的参数 n 还会大一点。

因此当 n > 当前的字符串长度，resize 在末尾插入所需数量的字符以达到n的大小来扩展当前内容

那么，当 n < 当前的字符串长度会发生什么呢？

n < 当前的字符串长度时，则会去进行一个删除的操作，删除第n个字符之后的字符 。

2.4 string 常见修改操作

接口	说明
push_back	在字符串后尾插字符
append	在字符串后面追加一个字符串
operator+=	在字符产后面追加字符串str
insert	在指定位置插入字符或字符串
assert	使用指定的字符串替换原字符串
erase	删除字符串中的一部分
replace	替换指定区间的字符串
pop_back	删除字符串的最后一个字符串
swap	收缩到合适大小

这里我们对 operator+=() , insert(), erase 进行详细解释。

2.4.1 operator +=

+= 是运算符重载，一共有三个重载形式，分别是拼接一个string类的对象、一个字符串、一个字符。

可以看出+=十分方便，可以代替push_back, append 的使用。

2.4.2 insert

insert 函数重载形式很多：

说明如下：

// 在指定位置插入一个string对象
string& insert (size_t pos, const string& str);
// 在指定位置插入一个string对象里的一部分
string& insert (size_t pos, const string& str, size_t subpos, size_t sublen);
// 在指定位置插入一个字符串
string& insert (size_t pos, const char* s);
// 在指定位置插入一个字符串的前n个字符
string& insert (size_t pos, const char* s, size_t n);
// 在指定位置插入n个字符
string& insert (size_t pos, size_t n, char c);
// 在指定迭代器的位置插入n个字符
void insert (iterator p, size_t n, char c);
// 在指定迭代器的位置插入一个字符，并且返回一个迭代器的位置
iterator insert (iterator p, char c);

例如我们可以做出如下的使用：

2.4.3 erase

例如：

2.5 string其他操作

此外还有一些其他比较重要的操作，在这里我们将其详细的列出来：

接口	说明
c_str	返回 C语言格式字符串
substr	在str中从pos位置开始往，截取n个字符，然后将其返回
find	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
find_frist_of	从前往后找第一个匹配的字符
find_last_of	从后往前找第一个匹配的字符
find_first_not_of	从前往后找第一个不匹配的字符
find_last_not_of	从后往前找第一个不匹配的字符
operator+()	尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低
relational operator	大小比较
operator>>()	流插入重载
operator<<()	流提取重载
getline	获取一行字符串