1、标准库中的string

1.1、sring介绍

        字符串是表示字符序列的类，标准的字符串类提供了对此类对象的支，其接口类似于标准字符容器的接口，但是添加了专门用于操作的单字节字符字符串的设计特性。

        string类是使用char，即作为他的字符类型，使用他默认的char_traits和分配器类型。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。

        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者变长字符（如utf-8）序列，这个类的所有成员，以及他的迭代器，将仍然按照字节（而不是实际编码的字符）来操作。

1.2、string类常用的接口

1.2.1、string类对象的常见构造

string类对象常见的构造

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)	用C-string来构造string类对象
string(size_t n,char c)	string类对象包含n个字符c
string(const string& s)	拷贝构造函数

#include<iostream>
#include<string>

int main()
{
    string s1;                      // 构造空的string对象
    string s2("hewllo word");       // 用C格式的字符串构造string对象
    string s3(s2);                  //拷贝构造
    return 0;
}

1.2.2、string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size（重点）	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（重点）	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（重点）	为字符串预留空间
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：

        size() 与length() 的方法底层与实现原理完全相同，引入size只是为了和其他容器的接口保持一致。

        clear() 只是将string中有效字符清空，并不改变底层空间的大小。

        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。

        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。

1.2.3、string类对象的访问以及遍历操作

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	rbegin获取最后一个字符的迭代器，end获取最开始一个字符前一个位置的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

1.2.4、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(重点)	返回C格式字符串
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
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

注意：

         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。

        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，这样可以节省一些时间。

1.2.5、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

1.2.6、vs和g++下string结构对比

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。

         vs下string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：

•                         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 one
 value_type _Buf[_BUF_SIZE];
 pointer _Ptr;
 char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

g++下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：

•                  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;
};

2、string类的模拟实现

2.1、深浅拷贝

        浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共 享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为 还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

        深拷贝：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。

2.2、写时拷贝

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。

        引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给 计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该 对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。

2.3、string模拟实现代码

#pragma once
#include<assert.h>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
namespace kzy

{
    class string
    {
        friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const kzy::string& s);
        friend istream& operator>>(istream& _cin, kzy::string& s);
    public:
        typedef char* iterator;
        typedef const char* const_iterator;
    public:
        string(const char* str = "")
            :_size(strlen(str))
            ,_capacity(_size)
        {
            _str = new char[_capacity + 1];
            strcpy(_str, str);
        }
        string(const string& s) 
            :_size(strlen(s._str)),
           _capacity(_size)
        {
            _str = new char[_capacity + 1];
            strcpy(_str, s._str);

        }
        string& operator=(const string& s) {
            if (this != &s) {
                char *tmp = new char[s._capacity + 1];
                strcpy(tmp, s._str);
                delete[]_str;
                _str = tmp;
                _size = s._size;
                _capacity = s._capacity;
            }
            return *this;
         }
        ~string() {
            if (_str != nullptr) {
                delete[] _str;
                _str = nullptr;
                _size = 0;
                _capacity = 0;
            }
          
         }
         // iterator
        iterator begin(){
            return _str;
        }
        iterator end() {
            return _str+_size;

        }

        const_iterator begin()const
        {
            return _str;

        }
        const_iterator end() const
        {
            return _str + _size;
        }
        // modify
        void push_back(char c) {
            if (_size == _capacity) {
                reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
            }
            _str[_size] = c;
            ++_size;
            _str[_size] = '\0';
         }
        string& operator+=(char c) {
            push_back(c);
            return *this;
        }
        void append(const char* str) {
            size_t len = _size + strlen(str);
            if (len > _capacity) {
                reserve(len);
            }
            strcpy(_str + _size, str);
            _size = len;

        }
        string& operator+=(const char* str) {
            append(str);
            return *this;
        }

        void clear() {
            _size = 0;
            _str[_size] = '\0';
        }
        void swap(string& s) {
            std::swap(_str, s._str);
            std::swap(_capacity, s._capacity);
            std::swap(_size, s._size);
        }
        const char* c_str()const {
            return _str;
        }
        // capacity
        size_t size()const {
            return _size;
        }
        size_t capacity()const {
            return _capacity;
        }
        bool empty()const {
            return _size == 0;
        }

        void resize(size_t n, char c = '\0') {
            if (n < _size)
            {
                _size = n;
                _str[_size] = '\0';
            }
            else
            {
                if (n > _capacity)
                {
                    reserve(n);
                }

                for (size_t i = _size; i < n; ++i)
                {
                    _str[i] = c;
                }
                _size = n;
                _str[_size] = '\0';
            }
        }

        void reserve(size_t n) {
            if (n > _capacity) {
                char* tmp = new char[n + 1];
                strcpy(tmp, _str);
                delete[]_str;
                _str = tmp;
 
                _capacity = n;
            }
        }
        // access
        char& operator[](size_t index) {
            assert(index < _size);

            return _str[index];
        }
        const char& operator[](size_t index)const {
            assert(index < _size);
            return _str[index];
        }
        //relational operators

        bool operator<(const string& s) {
            return strcmp(_str, s.c_str()) < 0;

        }

        bool operator<=(const string& s) {
            return *this == s || *this < s;
        }

        bool operator>(const string& s) {
            return !(*this <= s);
        }

        bool operator>=(const string& s) {
            return !(*this < s);
        }

        bool operator==(const string& s) {
            return strcmp(_str, s.c_str()) == 0;

        }

        bool operator!=(const string& s) {
            return !(*this==s);
        }



        // 返回c在string中第一次出现的位置

        size_t find(char c, size_t pos = 0) const {
            assert(pos <= _size);

            for (size_t i=pos ; i < _size; i++) {
                if (_str[i] == c) {
                    return i;
                }
            }
            return npos;
        }

        // 返回子串s在string中第一次出现的位置

        size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const {
            assert(pos <= _size);

            char* p = strstr(_str+pos, s);
            if (p == nullptr) 
            {
                return npos;
            }
            else 
            {
                return p - _str;
            }
        }

        // 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置

        string& insert(size_t pos, char c) {
            assert(pos <= _size);
            size_t end = _size+1;
            if (_size == _capacity) {
                //reserve(_capacity + 1);
                reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity + 1);
            }
            while (end > pos) {
                _str[end] = _str[end-1];
                --end;
            }
            _str[pos] = c;
            _size++;
            return *this;
        }

        string& insert(size_t pos, const char* str) {
            assert(pos <= _size);
            size_t len = strlen(str);
            size_t end = _size+len;
            if (_size + len > _capacity) {
                reserve(_capacity + len);
            }
            while (end > pos + len-1) {
                _str[end] = _str[end - len];
                --end;
            }
            strncpy(_str + pos, str, len);
            _size += len;
            return *this;
        }



        // 删除pos位置上的元素，并返回该元素的下一个位置

        string& erase(size_t pos, size_t len=npos) {
            if (len >= _size - pos||len == npos) {
                _str[pos] = '\0';
                _size = pos;
            }
            else {
                strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
                _size -= len;
            }
            return *this;
        }

    private:

        char* _str;
        size_t _size;
        size_t _capacity;

        const static size_t npos;
    };
    const size_t string::npos = -1;
    ostream& operator<<(ostream& _cout, const kzy::string& s) {
        for (auto ch : s)
        {
            _cout << ch;
        }
        return _cout;
    }

    istream& operator>>(istream& _cin, kzy::string& s) {
        char ch;
        ch = _cin.get();
        char buff[128] = { '\0' };
        
        size_t i = 0;
        while (ch != ' ' && ch != '\n') 
        {
            buff[i++] = ch;
            if (i == 127) {
                s += buff;
                memset(buff, '\0', 128);
                i = 0;
            }
            ch = _cin.get();
        }
       
        s += buff;
        
        return _cin;
    }
}