【C++】STL简介 | string类的常用接口

news2024/11/17 16:24:57

目录

STL简介

学string类前的铺垫

概念

为什么要学string类

string类的底层（了解）

编码表的故事

string类的常用接口与应用

3个必掌握的构造

赋值

访问字符operator[]

初识迭代器（iterator）

反向迭代器

用范围for遍历

string类对象的修改操作

插字符push_back()

插字符串append()

超好用的operator+=

指定位置插字符insert()

string类对象的容量操作

只开空间的reserve()

开空间+初始化的resize()

STL简介

什么是STL？

全称为Standard Template Library（标准模板库），是C++标准库的重要组成部分。

它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。

通俗来说，STL就是将常见的数据结构（如顺序表，链表，栈，队列，二叉树，哈希等）以模板的形式进行封装，使用时，不用人为再

去写，可以直接调用。并且，一些常见的通用的算法也不用自己实现，可以直接从STL调用。

六大组件：

这个目前了解即可，后面会具体学到。

STL的众多组件中，我们从容器里的string类学起。

学string类前的铺垫

概念

String类是用于处理字符串的类。String类提供了一系列的方法，用于处理字符串，包括连接字符串、查找子字符串、获取字符串长度等。

为什么要学string类

处理字符串的方法，我们之前在C语言中也学到过。如字符串函数strlen、strcpy、strcat……，对于字符串的处理主要是求长度、追加、查找等，这些就是string要代替那些字符串函数完成的操作。

那已经有了字符串函数，为什么还要搞一个string类出来呢？

这时因为，字符串函数与字符串是分离开的，不太符合面向对象编程 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。

所以说，我们需要更好用的string类。

string类的底层（了解）

实际上，编C++的大佬并没有直接写一个string类，而是写了一个basic_string模板类。

string类在底层上实际是：basic_string 模板类的别名。

typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;

string就是basic_string<char>。是basic_string的char类型 的实例化。

❓问题来了：为什么不直接实现sring类，而是写一个模板呢？

这与编码表有关，我们接着往下看。

编码表的故事

计算机最开始是从美国发源的。美国人的交流是建立在ABCD的字母组合上，而计算机只认得01串。

为了在计算机上交流，美国人发明了一套ASKII编码，统一规定了字母和常用符号用哪些二进制数来表示。

这样一来，如果我们写进了一个'A'，那计算机中实际存储的是用01表示出的65：

int main()
{
    char a = 'A';
    return 0;
}

如果我们要存储"happy"这个单词的话，那计算机中实际存储的分别是h、a、p、p、y对应的ASKII码值。

如果存数字1234，那会开4个char字节，依次存入1、2、3、4的ASKII值：

补充：所以说，string类的123+string类的1，不等于124！而是1231：

但ASKII编码表并不是万能的。对于美国等来说，字母加上常用字符有一百来个，一个字节八个比特位（最多表示256位）完全够用了。

但对于文化博大精深的中国来说，汉字、繁体字的数量庞大，一个字节根本不够表示，这要怎么办呢？

中国科学家齐心协力，自定了一套编码表，名叫GB2312。这时用两个字节，16个比特位，来表示常用的汉字。后来，经过不断更新，又出台了GBK标准，能表示更多的汉字。

这里补充一点：在中国的编码表中，读音相同的字是编在一起的。所以，净网行动下，跟国粹读音相同的词都会被屏蔽。如果你发“卧槽”，结果是“* *”，如果改发“握草” “沃槽”，结果还是“ * *”。

但是问题又来了：不同国家的人用不同的编码标准，一个美国人给一个中国人发文件，因为编码表译出来的不同，打开就是乱码了，这要怎么办？

为了解决这个问题，科学家发明了Unicode（万国码）。它包含了世界上所有的符号，所有语言都可以互通，一个网页上也可以显示多国语言。

但问题又来了：像中国这样文字多的国家，要用两个字节去表示字符，那对于原本一个字节就够用的语言，现在也要跟着用两个字节。这对计算机空间会造成极大的浪费。

对此的解决方案是：UTF-8！

“UTF-8（8位元，Universal Character Set/Unicode Transformation Format）是针对Unicode的一种可变长度字符编码。它可以用来表示Unicode标准中的任何字符，而且其编码中的第一个字节仍与ASCII相容，使得原来处理ASCII字符的软件无须或只进行少部分修改后，便可继续使用。因此，它逐渐成为电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中，优先采用的编码。”

（源自：百度百科）

所以说，这些字符不一定只占一个字节，也可能占两个字节甚至更多。因此，不能简单地实现string，需要一个模板，即basic_string。

“basic_string是一个模板类，它是C++标准库中用于处理字符串的通用工具类。它提供了一种灵活且可扩展的方式来处理字符串，允许使用不同的字符类型（例如char、wchar_t（宽字节）等）和分配策略。"

string类的常用接口与应用

string的这些接口，不用全记。主要是多用，在运用中，常见的那几个就都掌握了。

3个必掌握的构造

下面三个标”重点“的， 要掌握

注：用string类要包头文件#include<string>

函数名称功能说明
string() （重点）构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s) （重点）将char类型的字符串转换成string类型的字符串
string(size_t n, char c)string类对象中包含n个字符c
string(const string& s) （重点）拷贝构造函数

演示：

#include<iostream>
#include<string>     
using namespace std;
int main()
{
    string s1;  //构造空的string类对象
​
    string s2("hello");  //用C-string来构造string类对象
​
    string s3(s2);   //拷贝构造
​
    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;
    cout << s3 << endl;
    return 0;
}

其他构造就不一一演示了，最重要的是得学会看文档。通过文档，我们能快速上手它的用法。

下面演示，通过看文档，掌握substring：

用起来：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello");  
    string s2(s1, 0, 2);  //从s1的第0位开始，往后拷贝2位
    
    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;
    return 0;
}

读文档必掌握的npos

在读文档时，我们常能看到“npos"。啥意思？

npos是一个常数，表示size_t的最大值。容器里出现npos，表示不存在的位置。

npos的一些用法：

1.string::npos作为函数返回类型，表示找不到。

例：

if(pos==string::npos){     //表示pos不存在
    cout<<"cannot found";
}
​
if(pos!=string::npos){      //表示pos存在
    ……
}

赋值

有三种赋值方式：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello"),s2; 
    s2 = s1;         //Way 1
    cout << s2 << endl;
​
    s2 = "happy";    //Way 2
    cout << s2 << endl;
​
    s2 = 'h';       //Way 3
    cout << s2 << endl;
​
    return 0;
}

访问字符operator[]（必掌握）

string实现了operator[]，可以访问字符串的字符。

1.修改

因为返回的是引用，所以我们可以对返回的该字符进行修改。这使字符串用起来就像数组一样：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello"); 
    cout << s1[1] << endl;
​
    s1[1] = 'p';
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

2.遍历

也可以遍历数组，配合size()使用：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello"); 
    for (int i = 0; i < s1.size(); i++) {
        cout << s1[i] << "  ";
    }
    return 0;
}

补充说明一点：其实有个跟size()功能差不多的函数：length()，也能求字符串长度。

但是更推荐用size()，因为它更通用。许多容器里不能用length()，但可以用size()。

3.检查越界

operator[]内部会检查越界，一旦越界就会报错。

示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello"); 
    cout << s1[10] << endl;  //越界
    return 0;
}

4.(了解) 功能相同的at()

at()的功能跟operator()相同，也是访问字符。

at()是像函数一样去调用：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
	string s1("hello"); 
	for (int i = 0; i < s1.size(); i++) {
		cout << s1.at(i) << "  ";      //注意调用方式
	}
	return 0;
}

那at()和operator()的区别是什么呢？

两者检查越界的方式不一样。opreator()是断言，激进一点的处理方式，断言会把程序直接终止掉。at()是抛异常，比较温和的处理方式。一般用try catrch来捕获异常，程序还能继续跑。

初识迭代器（iterator）

迭代器是STL框架设计的六大组件之一，非常重要。现阶段先对迭代器做一个大致的了解。

什么是迭代器 (iterator)？

"迭代器是一种对象，它能够用来遍历标准模板库容器中的部分或全部元素，每个迭代器对象代表容器中的确定的地址。

迭代器修改了常规指针的接口，迭代器是一种概念上的抽象，那些行为上像迭代器的东西都可以叫做迭代器。迭代器有很多不同的能力，它可以把抽象容器和通用算法有机的统一起来。"

(源自百度百科)

现阶段我们对迭代器的理解是：像指针一样的类型，有可能就是指针，也可能不是指针，但用法像指针一样。（内部细节得后面我们自己实现了才知道）

那我们就先认为它是指针。

迭代器都是在类的内部定义的，属于这个类域。

如果要用的话，记得标明类域：

string::iterator

一个类里面有四种迭代器：

iterator
const_iterator

reverse_iterator
const_reverse_iterator

接下来，每种迭代器都用来遍历一下。

➡️用迭代器iterator去遍历：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
	string s1("hello"); 
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end()) {     //Q：这里用<可以吗？   A：于string可以，但是其他容器可能就不行了。!=是通用的写法
		cout << *it << " ";   //用法像指针
		it++;
	}
	return 0;
}

begin获取一个字符的迭代器 ，end获取最后一个字符后一个位置的迭代器：

➡️用const_iterator去遍历：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

void PrintString(const string& s) {
	string::const_iterator it = s.begin();  //形参被const修饰，此时不能再用iterator，不然是权限的放大
	while (it != s.end()) {
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	string s1("hello"); 
	PrintString(s1);
	return 0;
}

补充:

其实string不太用迭代器，因为operator[]更好用。

那用迭代器遍历的意义是什么呢？

因为iterator是所有容器通用的访问方式，并且用法类似。某些容器如map/list/set……只能用迭代器访问。

反向迭代器

（先了解一下，后面会手把手实现反向迭代器）

反向迭代器，顾名思义，可以实现反向遍历数组。

reverse_iterator   //反向迭代器

➡️使用reverse_iterator遍历：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello"); 
    string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();   //使用反向迭代器
    while (rit != s1.rend()) {
        cout << *rit << " ";
        rit++;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

右闭 (区间) 左开 (区间) ：

➡️使用const_reverse_iterator遍历：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
​
void PrintString(const string& s) {
    string::const_reverse_iterator it = s.rbegin();   //注意得用const_reverse_iterator
    while (it != s.rend()) {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    cout << endl;
}
int main()
{
    string s1("hello"); 
    PrintString(s1);
    return 0;
}

用范围for遍历

遍历字符串，除了上面讲到的两种方法，还可以用范围for去遍历：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello"); 
    for (auto e : s1) {    //把s1的每个字符取出来，依次赋给e
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

范围for遍历的好处在于：既能自动迭代，又能自动判断结束。

不过，范围for在底层实现上没啥技术含量，其实就是迭代器。

string类对象的修改操作

插字符push_back()

示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello ");
    s1.push_back('u');    //只能插入一个字符，不能插字符串！
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

插字符串append()

这里用得最多的是(1)和(3)：

示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello ");
    s1.append("world");   //只能插字符串，不能插字符
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

超好用的operator+=（必掌握）

刚刚那两位，在operator+=面前，就相形见绌了。operator+=不仅能加字符、字符串，甚至还能加对象！

示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello ");  
    s1 += "world";   //插字符串
    s1 += '!';       //插字符
​
    string s2("see u soon");
    s1 += s2;         //插对象
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}

指定位置插字符insert()

要掌握(1)、(3)、(6)：

练习：

力扣（LeetCode）官网 - 全球极客挚爱的技术成长平台（字符串相加）

这里提一嘴，insert、erase(删除)、replace这样的尽量少用，效率堪忧。

string类对象的字符串操作

把string返回成char*的c_str

某些情况下，字符串需要兼容c的接口，这时就需要用c_str()：

 

注意看，它把string类的字符串用char*的形式返回回来了。也就是说，返回一个指向数组的指针。

大部分情况下，string类型的字符串和char类型的字符串用着没差别。

但下面这种是例外，用此例展示string和char的区别：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    string s1("hello ");
    cout << s1 << endl;      //调用重载的流插入运算符打印的
    cout << s1.c_str() << endl;     //调用字符串打印的
    cout << endl;
​
    s1 += '\0';
    s1 += "world";
    cout << s1 << endl;          //string打印结束以size为准，不受'\0'的影响
    cout << s1.c_str() << endl;   //遇'\0'则停
​
    return 0;
}

应用场景：

我们学过C语言中的fopen，他的左操作数就得为char*类型

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

那要用到fopen的场景下，string类就不能直接作为左操作数，而是要先转化成char*类型。

int main()
{
    string filename("text.txt");
    // FILE*pf=fopen(filename, "r");   //×
    FILE* pf = fopen(filename.c_str(), "w");  //√
    return 0;
}

查找位置的find()

find：从pos位置开始，往后查找字符s，找到了返回其下标。如果不指定pos，默认从下标0开始找。

size_t find (const string& str, size_t pos = 0) const;
size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const;
size_t find (const char* s, size_t pos, size_t n) const;
size_t find (char c, size_t pos = 0) const;

示例：

int main()
{
    string s1("hello");
    cout << s1.find('e',0) << endl;   
    return 0;
}

镜像接口rfind：查找指定字符最后一次出现的位置，返回下标。

截取子字符串的substr()

substr: 从 pos 位置开始，截取 n 个字符 拷贝为子字符串，然后将子字符串返回。

string substr (size_t pos = 0, size_t len = npos) const;

示例：

int main()
{
    string s1("hello");
    cout << s1.substr(1,2) << endl;  
    return 0;
}

string类对象的容量操作

只开空间的reserve()

注意：是reserve（保留）不是reverse（逆置）。

void reserve (size_t n = 0);

当n大于当前字符串容量时，会扩容至n；

当小于，则容量不变。

此函数对字符串长度没有影响，也不能更改其内容。

注意看capacity的变化：

开空间+初始化的resize()

相比reserve的之开空间，resize既能开空间，同时还能初始化。

void resize (size_t n);     //⑴不指定初始化的值，那默认初始化为
void resize (size_t n, char c);    //⑵指定初始化为c

示例⑴：

示例⑵：

string与其他类型之间的转换

string类中提供了类型转换的功能，十分好用：

 

stoi表示string to int，其他名称同理。

示例：

int main()
{
    int val = 99;
    string str=to_string(val);  //将int类型的99转成string类型
​
    str = "999";
    val = stoi(str);        //将string类型的999转成int类型
                          //注：转变的是内容的类型，即99在string和int之间转换。而非val、str的类型
    return 0;
}

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