C++学习随笔(10)——string

本章我们来了解一下string类。

目录

1. string类是什么?

1.1 C语言中的字符串

1.2 string类本质

2. 标准库中的string类

2.1 string类

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

2. string类对象的容量操作

3. string类对象的访问及遍历操作

4. string类对象的修改操作

 5. string类非成员函数

6. vs和g++下string结构的说明

(1) vs下string的结构

(2) g++下string的结构


1. string类是什么?

这就要谈到C语言中的字符串了。

1.1 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 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。

1.2 string类本质

为了解决C语言字符串的上述问题,C++中对字符串进行了封装创造了string,本质上string类其实就是C语言中的字符串。

2. 标准库中的string

2.1 string

string类的文档介绍
        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,并用 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 ( UTF-8) 的序列,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,
                 typedef basic_string<char, char_traits, allocator> string;
        4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。
使用 string 类时,必须包含 #include 头文件以及 using namespace std ;

2.2 string类的常用接口说明

注意:下面只是一些最常用的接口

1. string类对象的常见构造

(constructor)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) 

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)  

拷贝构造函数

void Teststring()
{

    string s1;                // 构造空的string类对象s1

     string s2("hello bit");   // 用C格式字符串构造string类对象s2

     string s3(s2);            // 拷贝构造s3

}
2. 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

返回字符串有效字符长度

capacity

返回空间总大小

empty  

检测字符串释放为空串,是返回true,否则返回false

clear  

清空有效字符

reserve  

为字符串预留空间**

resize  

将有效字符的个数该成n个,多出的空间用字符c填充

// 注意:string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出
	string s("hello, bit!!!");
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.length() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s << endl;

	// 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();


	// 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');


	// 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);


	// 将s中有效字符个数缩小到5个
	s.resize(5);

注意:

        1. size()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) 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)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。

        

3. 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

    string s("hello Bit");
	// 3种遍历方式:
	// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象,还可以遍历是修改string中的字符,
	// 另外以下三种方式对于string而言,第一种使用最多
	// 1. for+operator[]
	for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
		cout << s[i] << endl;

	// 2.迭代器
	string::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << endl;
		++it;
	}

	// string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	// C++11之后,直接使用auto定义迭代器,让编译器推到迭代器的类型
	auto rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
		cout << *rit << endl;

	// 3.范围for
	for (auto ch : s)
		cout << ch << endl;
4. 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+= 

在字符串后追加字符串str

c_str

返回C格式字符串

find + npos

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

str中从pos位置开始,截取n个字符,然后将其返回

// 测试string:
// 1. 插入(拼接)方式:push_back  append  operator+= 
// 2. 正向和反向查找:find() + rfind()
// 3. 截取子串:substr()
// 4. 删除:erase
void Teststring5()
{
	string str;
	str.push_back(' ');   // 在str后插入空格
	str.append("hello");  // 在str后追加一个字符"hello"
	str += 'b';           // 在str后追加一个字符'b'   
	str += "it";          // 在str后追加一个字符串"it"
	cout << str << endl;
	cout << str.c_str() << endl;   // 以C语言的方式打印字符串

	// 获取file的后缀
	string file("string.cpp");
	size_t pos = file.rfind('.');
	string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));
	cout << suffix << endl;

	// npos是string里面的一个静态成员变量
	// static const size_t npos = -1;

	// 取出url中的域名
	string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
	cout << url << endl;
	size_t start = url.find("://");
	if (start == string::npos)
	{
		cout << "invalid url" << endl;
		return;
	}
	start += 3;
	size_t finish = url.find('/', start);
	string address = url.substr(start, finish - start);
	cout << address << endl;

	// 删除url的协议前缀
	pos = url.find("://");
	url.erase(0, pos + 3);
	cout << url << endl;
}

注意:

        1. 在string尾部追加字符时,  s.push_back(c) / 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。

        2. 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。 

 5. string类非成员函数

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>>  

输入运算符重载

operator<<  

输出运算符重载

getline  

获取一行字符串

relational operators  

大小比较

// string comparisons
#include <iostream>
#include <vector>

int main ()
{
  std::string foo = "alpha";
  std::string bar = "beta";

  if (foo==bar) std::cout << "foo and bar are equal\n";
  if (foo!=bar) std::cout << "foo and bar are not equal\n";
  if (foo< bar) std::cout << "foo is less than bar\n";
  if (foo> bar) std::cout << "foo is greater than bar\n";
  if (foo<=bar) std::cout << "foo is less than or equal to bar\n";
  if (foo>=bar) std::cout << "foo is greater than or equal to bar\n";

  return 0;
}

更多的这里就不在介绍了。

6. vsg++string结构的说明

注意:下述结构是在32位平台下进行验证,  32位平台下指针占4个字节。

(1) vsstring的结构

string总共占28个字节,内部结构稍微复杂一点,先是有一个联合体,联合体用来定义string中字 符串的存储空间

           1. 当字符串长度小于16时,使用内部固定的字符数组来存放

           2. 当字符串长度大于等于16时,从堆上开辟空间

union _Bxty
{ 
    // storage for small buffer or pointer to larger one
     value_type _Buf[_BUF_SIZE];
     pointer _Ptr;
     char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

这种设计也是有一定道理的,大多数情况下字符串的长度都小于16,那string对象创建好之后,内部已经有了16个字符数组的固定空间,不需要通过堆创建,效率高。

其次:还有一个size_t字段保存字符串长度,  一size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量

最后:还有一个指针做一些其他事情。

故总共占16+4+4+4=28个字节。

(2) g++string的结构

G++下, string是通过写时拷贝实现的,  string对象总共占4个字节,内部只包含了一个指针,该指 针将来指向一块堆空间,内部包含了如下字段:

           1. 空间总大小

           2. 字符串有效长度

           3. 引用计数

struct _Rep_base
{
     size_type _M_length;
     size_type _M_capacity;
     _Atomic_word _M_refcount;
};

         4. 指向堆空间的指针,用来存储字符串。

本章完!

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