【C++】：string用法详解

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关Linux的基础知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

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1. 什么是STL

2. STL六大组件

3. 标准库中的string类

3.1string类

4. string类的常用接口

4.1string类对象的常见构造

4.2string类对象的容量操作

4.3string类对象的访问及遍历操作

4.4string类对象的修改操作

4.5string的非成员函数

5. vs和g++下string结构的说明

5.1vs下的string结构

5.2g++下string结构

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。

2. STL六大组件

3. 标准库中的string类

string类的文档介绍

3.1string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，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(如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。

在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

4. string类的常用接口

关于string类中的接口有许多许多，在这里只介绍最常用的接口。

4.1string类对象的常见构造

string类构造的参考文档

string()	构造空的string类对象，即空字符串
*string(const char s)**	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)	拷贝构造函数

void Teststring()
{string s1;   //空字符串string s2("hello world!");  //字符串构造string s3(10, 'x'); //字符构造string s4(s2);  //拷贝构造s2
}

4.2string类对象的容量操作

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，否则返回false
clear	清空有效字符
reserve	为字符串预留空间**
resize	re将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充

1. size、length、capacity、clear、empty

void Teststring_capacity1()
{string s("Hello World!!");//字符串的有效长度cout << s.size() << endl;  //这两个计算出来的结果都不包含'\0'cout << s.length() << endl;//s的容量cout << s.capacity() << endl;//判空cout << s.empty() << endl;//清理数据，但不释放空间s.clear();cout << s.empty() << endl;cout << s.capacity() << endl;
}

2. resize

void Teststring_capacity2()
{string s("Hello World!!");//1. 指定字符//多出来的空间用指定字符填充s.resize(20, 'x');cout << s << endl;//2. resize大小小于sizes.resize(11);cout << s.size() << endl;cout << s << endl;//3. resize大于size// 多出来的空间使用'\0'填充s.resize(20);cout << s.size() << endl;
}

3. reserve

void Teststring_capacity3()
{string s("xxx");cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//扩容的空间小于预留空间，则不会改变s.reserve(10);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;s.reserve(20);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;
}

总结：

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 n = 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。

4.3string类对象的访问及遍历操作

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 Teststring_access1()
{string s1("Hello World");string s2 = "Hello World!!!"; //遍历s1for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){//读cout << s1[i];}cout << endl;//遍历s2for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++){//读cout << s2[i];}cout << endl;
}

2. 迭代器和 begin+ end、rbegin + rend

void Teststring_access2()
{string s = "Hello World!";//正向迭代器string::iterator it = s.begin();//auto it = s.begin();  //使用auto自动识别类型while (it != s.end()){//读cout << *it;++it;}cout << endl;//反向迭代器string::reverse_iterator rit = s.rbegin();//auto rit = s.rbegin();  //使用auto自动识别类型while (rit != s.rend()){//读cout << *rit;++rit;}cout << endl;
}

迭代器默认是可以进行读和写

void Teststring_access3()
{string s = "Hello World!";//遍历for (size_t i = 0; i < s.size(); i++){//写s[i]++;cout << s[i];}cout << endl;//迭代器string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){//写*it = 'x';++it;}cout << s << endl;
}

3. 范围for

void Teststring_access4()
{string s = "Hello World!";// 原理：编译器编译器替换成迭代器//范围forfor (auto ch : s){//读cout << ch;}cout << endl;//范围forfor (auto& ch : s){//写ch++;}cout << s << endl;
}

4.4string类对象的修改操作

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 + 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	在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

1. 头插、追加、尾删

void Test_modify1()
{string s;//尾插s.push_back('H');s.push_back('e');cout << s << endl;//追加s += "llo";s.append(" World!");cout << s << endl;//尾删删除s.pop_back();cout << s << endl;
}

2.c_str、npos、substr、find
void Test_modify2()
{string s = "Hello World!";//返回C格式的字符串cout << s.c_str() << endl;size_t pos = s.find('!');//s[pos]++;cout << s.c_str() << endl;cout << s.substr(2, 5) << endl;cout << s.substr() << endl;//不传参默认从头开始一直截取到尾
}
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。

4.5string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>>	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非成员函数相关接口查看的文档

在string中是支持流插入和流提取，因为string中将<< 和 >>运算符重载了
void Test()
{string s;//输入cin >> s;//输出cout << s << endl;
}
getline可以获取一行的字符串，并不会因为遇到空格而停下来：
void Test2()
{string s;//输入getline(cin, s);cout << s << endl;
}

5. vs和g++下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

5.1vs下的string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：

当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
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 onevalue_type _Buf[_BUF_SIZE];pointer _Ptr;char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing} _Bx;1 2 3 4 5 6
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，一个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。

5.2g++下string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：

空间总大小
字符串有效长度
引用计数
struct _Rep_base
{size_type      _M_length;size_type      _M_capacity;_Atomic_word   _M_refcount;
};
指向堆空间的指针，用来存储字符串