【C++】string类的使用②（容量接口Capacity || 元素获取Element access）

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前言

本篇博客主要内容：STL库中string的容量接口（Capacity）和四种元素获取方式（Element access）的介绍和使用。

来到string类的使用第二篇，让我们接着上一篇来讲。

🔥容量接口（Capacity）

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size和length

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size_t size() const;
size_t length() const;
将这两个函数接口的功能完全相同，它们没有参数传递，只有一个返回值（且这个返回值是const类型，不能被改变），返回：string对象中串的长度。

使用样例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string str("Test string");
	// string::size
	cout << "字符串长度为" << str.size() << endl;

	// string::length
	cout << "字符串长度为" << str.length() << endl;
	return 0;
}

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至于为什么设计了两个功能相同的函数，这就牵扯到STL的发展史了。string是STL库中最早被实现的内容之一，当时获取字符串长度的时候只有length，并没有size。但随着STL的发展，陆续出现了vector，list，stack，queue这样的容器，在获取他们的元素个数时，使用的接口函数名用length（长度）似乎不太合适，于是选用了size（大小），string为了和别的容器保持一致，不得已也给自己加了一个size上去。

capacity

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size_t capacity() const;
返回值：当前string对象中给串分配的字节数。

这个分配的容量不一定和string的长度（length）相等，它可以等于或大于length的大小，它额外的空间可以优化对象往串中增加字符时的操作。如果string的容量（capacity）和串的长度（length）相等的话，那么当你向string对象的串中增加字符时，会导致每次的增加操作都会重新让存储串的空间扩一次容。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string str("Test string");
	cout << "size: " << str.size() << "\n";
	cout << "length: " << str.length() << "\n";
	cout << "capacity: " << str.capacity() << "\n";
	return 0;
}

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如果看过我之前数据结构部分的内容，其实就不难理解capacity和length之间的区别。
可以看看我之前数据结构的这篇：初阶数据结构—顺序表和链表（C语言），里面capacity和size的道理和这里相同。

max_size

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size_t max_size() const;
返回值：string可以开辟的最大长度。

使用案例：

// comparing size, length, capacity and max_size
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string str("Test string");
	cout << "size: " << str.size() << "\n";
	cout << "length: " << str.length() << "\n";
	cout << "capacity: " << str.capacity() << "\n";
	cout << "max_size: " << str.max_size() << "\n";
	return 0;
}

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你可能会感叹，string竟然可以开这么大。可max_size的大小简单计算一下，已经有两个G了。计算机其实开不了这么大，其中涉及到很多别的因素。而且在coding中基本上也想不到用这个，所以此函数实际没什么作用。

reserve

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void reserve (size_t n = 0);
这是改变string对象capacity大小的一个命令，能将capacity的大小改变使其大于等于n。

如果n比当前对象的capacity大，则这个函数会将string对象扩容至大于等于n。
当n小于capacity时，这个行为是为被C++标准定义的，具体行为取决于编译器：

一种编译器（如VS），会选择无视这条命令，cpacity保持原来的大小。
另一种编译器（Linux下的g++），比较听话，会将string对象缩容使capacity等于n。

这个接口函数不会改变string串中的内容和length的大小。

无返回值。

使用样例：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    string str("hello world");
    cout << str.length() << endl;
    cout << str.capacity() << endl;
    cout << endl;

    str.reserve(100);

    cout << str.length() << endl;
    cout << str.capacity() << endl;
    return 0;
}

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resize

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void resize (size_t n);
void resize (size_t n, char c);
将string对象的length改变为n。

如果n小于当前string对象的length，那么string对象的串将被缩短，超出n部分的内容会被移除。
如果n大于当前string对象的length，如果没有提供第二个参数c，阔出来的新内容将会被'\0'填充；否则会被第二个参数“字符c”填充。

当n大于capacity的时候，string对象也会被扩容，使capacity增加至大于等于n。

无返回值。

使用样例：

// resizing string
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string str("hello world");
	cout << str << endl;
	size_t sz = str.length();

	str.resize(sz + 4, 'x');
	cout << str << endl;

	// '\0'表示空，不会被打印
	str.resize(sz + 5);
	cout << str << endl;

	str.resize(sz);
	cout << str << endl;
	return 0;
}

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clear

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void clear();
将string串中的内容都删除，使其变成空串（length变成0），但容量capacity不会改变。

使用样例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string str("hello world");
	cout << str << endl;
	cout << "str.size():" << str.size() << endl;
	cout << "str.capacity():" << str.capacity() << endl;

	str.clear();

	cout << str << endl;
	cout << "str.size():" << str.size() << endl;
	cout << "str.capacity():" << str.capacity() << endl;
	return 0;
}

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empty

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bool empty() const
返回值：string串的长度（length）是否为0，如果为零，返回真（true，1），如果不为零，返回假（false，0）。

使用样例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string str1("hello world");
	string str2;

	cout << "str1.length():" << str1.length() << endl;
	cout << "str2.length():" << str2.length() << endl;

	cout << endl;

	cout << "str1.empty():" << str1.empty() << endl;
	cout << "str2.empty():" << str2.empty() << endl;
	return 0;
}

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shrink_to_fit

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void shrink_to_fit();
C++11新增接口。
此接口函数的作用是缩容，但是其具体怎么实现，其实也是C++未定义的。其作用和reserve，n小于capacity时的情况差不多，不同编译器会有不同的解释和实现。

注：缩容对编译器来说开销一般都不小，所以非必要情况少使用缩容。

🔥元素获取（Element access）

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operator[ ]

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char& operator[] (size_t pos);
const char& operator[] (size_t pos) const;
学过类和对象操作符重载的都知道，这里是一个[ ]的操作符重载，可以通过方括号[ ]+下标 来获取串中的元素的引用。

注：同时重载了const版本的方括号[ ]访问，当string对象为const类型时，下标获取的元素只能读，不能改。

代码样例和at放一起了。

at

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char& at (size_t pos);
const char& at (size_t pos) const;
at的功能和operator[ ]相同，都是通过下标访问串中的元素。当string对象为非const类型时，也可以使用此访问对串进行内容上的改动。

使用样例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    // operator[]
    string str("Test string");
    str[1] = 'T';
    for (int i = 0; i < str.length(); ++i)
    {
        cout << str[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    // at
    str.at(2) = 'T';
    for (int i = 0; i < str.length(); ++i)
    {
        cout << str.at(i) << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

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注：at和operator[ ]也有区别，当下标pos越界时，使用at访问程序会抛异常，能被try…catch捕获；而用operator[ ]访问则会直接报错。

back和front

C++11新增语法。
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char& back();
const char& back() const;
返回string对象串的末尾元素的引用。

非const类型的string对象可以通过此函数更改串尾元素内容。

在这里插入图片描述
char& front();
const char& front() const;
返回string对象串的首元素的引用。

非const类型的string对象可以通过此函数更改串首元素内容。

使用样例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
	string str("test string");
	str.front() = 'T';
	str.back() = 'G';
	cout << str << endl;
	return 0;
}

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结语

本篇博客，介绍了9个容量接口（Capacity），它们有查询string串长度和更改长度的（size，length，resize），也有查询容量和更改容量的（capacity，reserve），和清理的（clear）。同时也讲到了种访问string对象串中元素的四种方式（operator[ ]，at，front和back）。以上所提到各种接口和方法能让我们更加方便的操控string对象中的容量和内容，在熟练它们之后，就可以尽量避免使用那烦人的静态字符数组了。
博主会继续分享关于string类的使用以及STL更多的内容，感谢大家的支持。♥