string类详解（上）

news2025/3/13 21:20:24

文章目录

  • 目录
    • 1. STL简介
      • 1.1 什么是STL
      • 1.2 STL的版本
      • 1.3 STL的六大组件
    • 2. 为什么学习string类
    • 3. 标准库中的string类
      • 3.1 string类
      • 3.2 string类的常用接口说明

目录

  • STL简介
  • 为什么学习string类
  • 标准库中的string类
  • string类的模拟实现
  • 现代版写法的String类
  • 写时拷贝

1. STL简介

1.1 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。

1.2 STL的版本

  • 原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。HP 版本–所有STL实现版本的始祖。

  • P. J. 版本

由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

  • RW版本

由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

  • 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。

1.3 STL的六大组件

STL的六大组件

2. 为什么学习string类

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，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。

3. 标准库中的string类

3.1 string类

string类的具体信息可以通过cplusplus网站进行查阅

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

3.2 string类的常用接口说明

我们先来总的看一下string类的常用接口：

  1. string类对象的常见构造
    string类对象的常见构造
  2. string类对象的容量操作
    string类对象的容量操作
  3. string类对象的访问及遍历操作
    string类对象的访问及遍历操作
  4. string类对象的修改操作
    string类对象的修改操作
  5. string类非成员函数
    string类非成员函数

接下来，我们通过一些具体的场景来学习如何使用这些接口：

  • 如何构造一个string类对象
    string类对象的构造
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

void test_string1()
{
	//常用
	string s1;
	string s2("hello world");
	string s3(s2);
	
	//不常用 了解
	string s4(s2, 3, 5);
	string s5(s2, 3);
	string s6(s2, 3, 30);
	string s7("hello world", 5);
	string s8(10, 'x');

	cout << s1 << endl;
	cout << s2 << endl;
	cout << s3 << endl;
	cout << s4 << endl;
	cout << s5 << endl;
	cout << s6 << endl;
	cout << s7 << endl;
	cout << s8 << endl;

	cin >> s1;
	cout << s1 << endl;
}

int main()
{
	test_string1();

	return 0;
}

补充：

void push_back(const string& s)
{

}

void test_string2()
{
	//构造
	string s1("hello world");

	//隐式类型转换
	string s2 = "hello world";
	
	const string& s3 = "hello world";
	
	push_back(s1);
	push_back("hello world");
}

int main()
{
	test_string2();

	return 0;
}
  • string的遍历

第一种方法：

//class string
//{
//public:
//	//引用返回
//	//1. 减少拷贝
//	//2. 修改返回对象
//	char& operator[](size_t i)
//	{
//		assert(i < _size);
//
//		return _str[i];
//	}
//private:
//	char* _str;
//	size_t _size;
//	size_t _capacity;
//};

void test_string3()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1.size() << endl;//11
	//cout << s1.length() << endl;//11

	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		s1[i]++;
	}

	s1[0] = 'x';

	//越界检查
	//s1[20];

	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		//cout << s1.operator[](i) << " ";
		cout << s1[i] << " ";
	}

	cout << endl;

	const string s2("hello world");
	//不能修改
	//s2[0] = 'x';
}

int main()
{
	test_string3();

	return 0;
}

size和operator[]
注： 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() 。

第二种方法：
iterator

void test_string4()
{
	string s1("hello world");

	//遍历方式2：迭代器
	string::iterator it1 = s1.begin();

	while (it1 != s1.end())
	{
		*it1 += 3;

		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}

	cout << endl;

	//cout << typeid(it1).name() << endl;
}

int main()
{
	test_string4();

	return 0;
}

iterator的优势

void test_string4()
{
	list<int> lt1;
	lt1.push_back(1);
	lt1.push_back(2);
	lt1.push_back(3);

	list<int>::iterator it = lt1.begin();

	while (it != lt1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}

	cout << endl;
}

int main()
{
	test_string4();

	return 0;
}

第三种方法：

void test_string4()
{
	string s1("hello world");
	
	//遍历方式3：范围for（通用的）
	//底层角度，它就是迭代器
	for (auto& e : s1)
	{
		e++;//不会影响s1中的数据，它是一个赋值拷贝；要加上引用才会改变s1中的数据
		cout << e << " ";
	}

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


	list<int> lt1;
	lt1.push_back(1);
	lt1.push_back(2);
	lt1.push_back(3);

	for (auto& e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}

	cout << endl;
}

int main()
{
	test_string4();

	return 0;
}

注： 除了普通迭代器之外，还有

  1. const迭代器
    const迭代器
void test_string5()
{
	const string s1("hello world");
	//string::const_iterator it1 = s1.begin();
	auto it1 = s1.begin();

	while (it1 != s1.end())
	{
		//不能修改
		//*it1 += 3;

		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}

	cout << endl;
}

int main()
{
	test_string5();

	return 0;
}
  1. 反向迭代器
    反向迭代器
void test_string5()
{
	string s2("hello world");
	string::reverse_iterator it2 = s2.rbegin();
	//auto it2 = s2.rbegin();

	while (it2 != s2.rend())
	{
		*it2 += 3;

		cout << *it2 << " ";
		++it2;
	}

	cout << endl;

	const string s3("hello world");
	string::const_reverse_iterator it3 = s3.rbegin();
	//auto it3 = s3.rbegin();

	while (it3 != s3.rend())
	{
		//不能修改
		//*it3 += 3;

		cout << *it3 << " ";
		++it3;
	}

	cout << endl;
}

int main()
{
	test_string5();

	return 0;
}
  • 按字典序排序
    排序
#include <algorithm>

void test_string6()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1 << endl;

	//s1按字典序（ASCII码）排序
	//sort(s1.begin(), s1.end());
	
	//第一个和最后一个不参与排序
	//sort(++s1.begin(), --s1.end());
	
	//前5个排序
	sort(s1.begin(), s1.begin() + 5);
	
	cout << s1 << endl;
}

int main()
{
	test_string6();

	return 0;
}
  • 插入字符
    append
void test_string7()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1 << endl;

	s1.push_back('x');
	cout << s1 << endl;

	s1.append(" yyyyyy!!");
	cout << s1 << endl;

	string s2("111111");

	s1 += 'y';
	s1 += "zzzzzzzz";
	s1 += s2;
	cout << s1 << endl;
}

int main()
{
	test_string7();

	return 0;
}

注： 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。

  • 关于修改的一些接口
    insert
void test_string8()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1 << endl;

	s1.assign("111111");
	cout << s1 << endl;

	//慎用，因为效率不高 -> O(N)
	//实践中需求也不高
	string s2("hello world");
	s2.insert(0, "xxxx");
	cout << s2 << endl;

	s2.insert(0, 1, 'y');
	cout << s2 << endl;

	s2.insert(s2.begin(), 'y');
	cout << s2 << endl;

	s2.insert(s2.begin(), s1.begin(), s1.end());
	cout << s2 << endl;
}

int main()
{
	test_string8();

	return 0;
}

void test_string9()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1 << endl;
	
	//erase效率不高，慎用，和insert类似，要挪动数据
	s1.erase(0, 1);
	cout << s1 << endl;

	//s1.erase(5);
	s1.erase(5, 100);
	cout << s1 << endl;

	//replace效率不高，慎用，和insert类似，要挪动数据
	string s2("hello world");
	s2.replace(5, 1, "%20");
	cout << s2 << endl;

	string s3("hello world hello bit");

	for (size_t i = 0; i < s3.size(); )
	{
		if (' ' == s3[i])
		{
			s3.replace(i, 1, "%20");
			i += 3;
		}
		else
		{
			i++;
		}
	}

	cout << s3 << endl;

	string s4("hello world hello bit");
	string s5;

	for (auto ch : s4)
	{
		if (ch != ' ')
		{
			s5 += ch;
		}
		else
		{
			s5 += "%20";
		}
	}

	cout << s5 << endl;
}

int main()
{
	test_string9();

	return 0;
}

我们来做几个题目：

  • 仅仅反转字母
    仅仅反转字母
class Solution
{
public:
    bool isLetter(char ch)
    {
        if (ch >= 'a' && ch <= 'z')
        {
            return true;
        }

        if (ch >= 'A' && ch <= 'Z')
        {
            return true;
        }

        return false;
    }

    string reverseOnlyLetters(string s)
    {
        if (s.empty())
        {
            return s;
        }

        size_t begin = 0, end = s.size() - 1;

        while (begin < end)
        {
            while (begin < end && !isLetter(s[begin]))
            {
                ++begin;
            }

            while (begin < end && !isLetter(s[end]))
            {
                --end;
            }

            swap(s[begin], s[end]);
            ++begin;
            --end;
        }

        return s;
    }
};
  • 字符串中的第一个唯一字符
    字符串中的第一个唯一字符
 class Solution
{
public:
    int firstUniqChar(string s)
    {
        int count[26] = { 0 };

        //统计次数
        for (auto ch : s)
        {
            count[ch - 'a']++;
        }

        for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
        {
            if (1 == count[s[i] - 'a'])
            {
                return i;
            }
        }

        return -1;
    }
};
  • 验证回文串
    验证回文串
class Solution
{
public:
    bool isLetterOrNumber(char ch)
    {
        return (ch >= '0' && ch <= '9')
        || (ch >= 'a' && ch <= 'z');
    }

    bool isPalindrome(string s)
    {
        for (auto& ch : s)
        {
            if (ch >= 'A' && ch <= 'Z')
            {
                ch += 32;
            }
        }

        int begin = 0, end = s.size() - 1;

        while (begin < end)
        {
            while (begin < end && !isLetterOrNumber(s[begin]))
            {
                ++begin;
            }

            while (begin < end && !isLetterOrNumber(s[end]))
            {
                --end;
            }

            if (s[begin] != s[end])
            {
                return false;
            }
            else
            {
                ++begin;
                --end;
            }
        }

        return true;
    }
};
  • 字符串相加
    字符串相加

法一：

//时间复杂度：O(N^2) 因为头插的效率太低
class Solution
{
public:
    string addStrings(string num1, string num2)
    {
        int end1 = num1.size() - 1;
        int end2 = num2.size() - 1;

        string str;
        int next = 0;//进位

        while (end1 >= 0 || end2 >= 0)
        {
            int x1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0': 0;
            int x2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0': 0;
            int x = x1 + x2 + next;
            
            //处理进位
            next = x / 10;
            x = x % 10;

            //头插
            //str.insert(0, 1, '0' + x);
            str.insert(str.begin(), '0' + x);
        }

        if (1 == next)
        {
            str.insert(str.begin(), '1');
        }

        return str;
    }
};

法二：

//时间复杂度：O(N)
class Solution
{
public:
    string addStrings(string num1, string num2)
    {
        int end1 = num1.size() - 1;
        int end2 = num2.size() - 1;

        string str;
        int next = 0;//进位

        while (end1 >= 0 || end2 >= 0)
        {
            int x1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0': 0;
            int x2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0': 0;
            int x = x1 + x2 + next;
            
            //处理进位
            next = x / 10;
            x = x % 10;

            //尾插
            str += ('0' + x);
        }

        if (1 == next)
        {
            str += '1';
        }

        reverse(str.begin(), str.end());

        return str;
    }
};
  • string类对象的容量操作
void TestPushBack()
{
	string s;
	size_t sz = s.capacity();
	cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	
	cout << "making s grow:\n";
	for (int i = 0; i < 200; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

void test_string10()
{
	string s1("hello world hello bit");
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	cout << s1.max_size() << endl;
	
	TestPushBack();

	string s1("111111111");
	string s2("11111111111111111111111111111111111111111111111111");
}

int main()
{
	test_string10();

	return 0;
}

string类在不同环境下的对比

void TestPushBack()
{
	string s;
	//知道需要多少空间，提前开好
	s.reserve(200);
	size_t sz = s.capacity();
	cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	
	cout << "making s grow:\n";
	for (int i = 0; i < 200; ++i)
	{
		s.push_back('c');
		if (sz != s.capacity())
		{
			sz = s.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

void test_string10()
{	
	TestPushBack();

	string s1("111111111");
	string s2("11111111111111111111111111111111111111111111111111");

	cout << s1.capacity() << endl;
	
	s1.reserve(100);
	cout << s1.capacity() << endl;
	
	s1.reserve(20);
	cout << s1.capacity() << endl;
}

int main()
{
	test_string10();

	return 0;
}

reserve

void test_string11()
{
	string s1;
	//s1.resize(5, '0');
	s1.resize(5);
	s1[4] = '3';
	s1[3] = '4';
	s1[2] = '5';
	s1[1] = '6';
	s1[0] = '7';
	//76543

	//插入（空间不够会扩容）
	string s2("hello world");
	s2.resize(20, 'x');

	//删除
	s2.resize(5);
	
	//s2[10];

	try
	{
		s2.at(10);
	}
	catch (const exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
}

int main()
{
	test_string11();

	return 0;
}

注：

  1. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。（代码中没有演示）
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  • string类的一些其他操作
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

void test_string12()
{
	string file("test.cpp");
	FILE* fout = fopen(file.c_str(), "r");
	char ch = fgetc(fout);

	while (ch != EOF)
	{
		cout << ch;
		ch = fgetc(fout);
	}
}

int main()
{
	test_string12();

	return 0;
}

void test_string12()
{
	string file("string.cpp.zip");
	size_t pos = file.rfind('.');
	//string suffix = file.substr(pos, file.size() - pos);
	string suffix = file.substr(pos);
	cout << suffix << endl;
}

int main()
{
	test_string12();

	return 0;
}

void test_string12()
{
	string url("https://gitee.com/ailiangshilove/cpp-class/blob/master/%E8%AF%BE%E4%BB%B6%E4%BB%A3%E7%A0%81/C++%E8%AF%BE%E4%BB%B6V6/string%E7%9A%84%E6%8E%A5%E5%8F%A3%E6%B5%8B%E8%AF%95%E5%8F%8A%E4%BD%BF%E7%94%A8/TestString.cpp");
	size_t pos1 = url.find(':');
	string url1 = url.substr(0, pos1 - 0);
	cout << url1 << endl;

	size_t pos2 = url.find('/', pos1 + 3);
	string url2 = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
	cout << url2 << endl;

	string url3 = url.substr(pos2 + 1);
	cout << url3 << endl;
}

int main()
{
	test_string12();

	return 0;
}

void test_string13()
{
	string str("Please, replace the vowels in this sentence by asterisks.");
	size_t found = str.find_first_of("aeiou");
	
	while (found != string::npos)
	{
		str[found] = '*';
		found = str.find_first_of("aeiou", found + 1);
	}

	cout << str << '\n';
}

int main()
{
	test_string13();

	return 0;
}

void SplitFilename(const string& str)
{
	cout << "Splitting: " << str << '\n';
	size_t found = str.find_last_of("/\\");
	cout << " path: " << str.substr(0, found) << '\n';
	cout << " file: " << str.substr(found + 1) << '\n';
}

int main()
{
	string str1("/usr/bin/man");
	string str2("c:\\windows\\winhelp.exe");

	SplitFilename(str1);
	SplitFilename(str2);

	return 0;
}

void test_string14()
{
	string s1 = "hello";
	string s2 = "world";

	string ret1 = s1 + s2;
	cout << ret1 << endl;
	
	string ret2 = s1 + "xxxxx";
	cout << ret2 << endl;

	string ret3 = "xxxxx" + s1;
	cout << ret3 << endl;

	//字典序比较
	cout << (s1 < s2) << endl;
}

int main()
{
	test_string14();

	return 0;
}

一个题目：

  • 字符串最后一个单词的长度

字符串最后一个单词的长度

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    string str;
    //默认规定空格或者换行是多个值之间分割
    //cin >> str;

    //获取一行中包含空格，不能用>>
    getline(cin, str);

    size_t pos = str.rfind(' ');
    cout << str.size() - (pos + 1) << endl;

    return 0;
}
  • 输入多行字符依次打印：
int main()
{
	//默认规定空格或者换行是多个值之间分割
	string str;
	
	//ctrl + z 就可以结束
	while (cin >> str)
	{
		cout << str << endl;
	}

	return 0;
}
  • 字符串转整形，整形转字符串
int main()
{
	//atoi itoa

	//to_string
	int x = 0, y = 0;
	cin >> x >> y;
	string str = to_string(x + y);
	cout << str << endl;

	int z = stoi(str);

	return 0;
}

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