C++学习笔记——STL(标准模板库)

news2024/12/23 17:57:59

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目录

  • 系列文章
    • @[TOC](目录)
  • 比喻与理解
    • 1.比喻
    • 2. 理解
      • string和STL的关系
      • string类型的存在意义——集中实现符号信息的管理
  • STL
    • 1. 什么是STL
    • 2. SGI版本
    • 3. STL的六大组件
  • string类
    • 1. C语言中的字符串
    • 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


比喻与理解

1.比喻

打个比方,管理数据就是出行旅游,
在C语言里面就是自驾游(自己临时构建函数),要自己规划一切,易出错;
而C++里面就是跟旅游团(使用各种类),string类就像是一个品牌的旅游团,它与list、vector等其他品牌的旅游团想开业就必须满足一些需求,而STL就是一个需求清单,比如:餐饮,住宿,路线 等,不容易出错.

2. 理解

string和STL的关系

string是一种数据类型,而STL是一种标准。可以理解为:string是一个人,STL是他的手。
往后的文章我们也会提到list,vector等类型,它们都有STL这种标准,它们都可以通过STL去做相同的事情。
STL标准是给予编译者统一的某个操作结果,至于怎么实现的,不同的编译器和语言各有不同;

string类型的存在意义——集中实现符号信息的管理

实践过程中,我们需要管理各种符号信息(如数字和字符)并操作这些信息。在C++中,我们把每次输入的信息作为string类型给予编译器,进而生成一个个string类型的对象,这些对象类型可以调用各种专门为管理信息而制作的成员函数,我们就使用这些成员函数去管理信息。

即,string类型自带了一大堆专业的成员函数帮我们管理数据,我们就不用写函数去管理数据了。

ps. string的操作有一些特征:功能的界限划分非常分明。除了length和size有功能上包含交叉外,其他的操作在功能上都是没有包含和交叉的情况。


STL

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。

STL在笔试和面试中都是重点考察项。

2. 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。我们后面学习STL要阅读部分源代码,主要参考的就是这个版本。

3. STL的六大组件

  1. 仿函数
  2. 算法
  3. 迭代器
  4. 空间配置器
  5. 容器(数据结构)
  6. 配接器(接口)

string类

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(Object Oriented Programming面向对象编程)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。

2. 标准库中的string类

2.1 string类

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作为它的字符类型
  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
  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
  4. string不能操作多字节或者变长字符的序列。
  5. 在使用string类时,必须包含:
#include<string>
using namespace std;

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造
  1. string() (重点):构造空的string类对象,即空字符串
  2. string(const char* s) :(重点) 用C-string来构造string类对象
    如下代码所示:
    string() ——构造一个空的string对象s1然后对其输入“123”;
    string(const char* s)——构造非空对象s2;
    string s1;
    string s2("hello");

    cin >> s1;
    cout << endl;

    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;

在这里插入图片描述

  1. string(size_t n, char c) :string类对象中包含n个字符c
    string s2(3,'c');
    cout << s2 << endl;

在这里插入图片描述

  1. string(const string&s) (重点):拷贝构造函数—— string本身是一个类有各种默认构造
    如下代码演示,string调用拷贝构造:
    string s1("hello"); 
    string s2(s1);
    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;

在这里插入图片描述

2. string类对象的容量操作
  1. size(重点)——返回字符串有效字符长度
  2. length ——返回字符串有效字符长度

size与length的差异,size是length的plus版,完美的替换,length只能计算规则的数据结构的大小,比如数组;而size可以计算各种复杂的数据结构的大小,比如数组、链表、图、堆等等;

  1. capacity ——返回空间总大小
  2. empty (重点)——检测字符串释放为空串,是返回true,否则返回false
  3. clear (重点)——清空有效字符,不会释放内存空间
  4. reserve (重点)——为字符串预留空间
  5. resize (重点)——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:

  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。
3. string类对象的访问及遍历操作
  1. operator[] :(重点) 返回pos位置的字符,const string类对象调用
    string s1("hello world");
    cout << s1[0] << endl;
    cout << s1[1] << endl;
    cout << s1[2] << endl;

在这里插入图片描述

  1. 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;

即,begin()会自动定位到第一个字符的下标,end()会定位到字符串最后一个字符后面的/0处

    string s1("hello world");
    // 迭代器
    string::iterator it = s1.begin();
    while (it != s1.end())  // 推荐玩法,通用,这样可以确保在任何数据结构下都可以通过
    {
        // 读
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

在这里插入图片描述

  1. 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
    string s1("hello world");
    cout <<s1<< endl;
    //string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
    auto rit = s1.rbegin();//在这里,我猜测auto是通过两个点来判断rit的域是string::reverse_iterator,
    //首先通过s1是string类确定了“string::”——类域
    //然后通过“.rbegin”确定了reverse_iterator——反转迭代器
    while (rit != s1.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;
}

在这里插入图片描述

  1. 范围for: C++11支持的更简洁的范围for的新遍历方式
    string s1("hello world");
    cout << s1 << endl;
    // 原理:编译器编译器替换成迭代器
    // 读
    for (auto ch : s1)
    {
        cout << ch << " ";
    }
    cout << endl;

    // 写
    for (auto& ch : s1)
    {
        ch++;
    }
    cout << endl;
    cout << s1 << endl;

在这里插入图片描述

4. string类对象的修改操作
  1. push_back ——在字符串后尾插字符c
  2. append ——在字符串后追加一个字符串
  3. operator+= ——(重点) 在字符串后追加字符串str
  4. c_str——(重点) 返回C格式字符串
  5. find + npos——(重点) 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
  6. 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
  7. substr ——在str中从pos位置开始,截取n个字符,然后将其返回

以上修改操作演示代码如下:

    string s1("hello world");
    cout << s1 << endl;
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.length() << endl;
    cout << s1.capacity() << endl;
    cout << endl;

    s1.push_back('a');
    s1.append("王五b");
    s1 += "张三";
    int i=s1.find('a');
    int j=s1.rfind('b');
    s1.substr(2, 4);
    cout << s1 << endl;
    cout << i << " " << j << endl;
    cout << s1.size() << endl;
    cout << s1.capacity() << endl;

在这里插入图片描述

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