前言

本篇将学习string类的基础知识

🕺作者： 迷茫的启明星
专栏：《C++初阶》
相关string类的的题博客：
《leetcode43. 字符串相乘》
《leetcode415. 字符串相加》
《leetcode17. 电话号码的字母组合》

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string类

1. 为什么要学习string类

1.1 C语言中的字符串不够好用

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。

2. 标准库中的string类

2.1 string类(了解)

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(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。
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(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
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，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;
4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

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

2.2 string类的常用接口说明

想更多了解的可以看这里：http://www.cplusplus.com

相关比较常用的实现我都在这篇博客中实现过了（☞《从零开始实现 std::string：让你更深入地了解字符串的本质》）

1. string类对象的常见构造

(constructor)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）	用C-string来构造string类对象
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
string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);	取前一个字符串的一段
string (const char* s, size_t n);	取前面一个字符串的前n个字符

void Teststring1()
{
    string s1; 
    // 构造空的string类对象s1
    string s2("hello world!!!"); 
    // 用C格式字符串构造string类对象s2
    string s3(s2); 
    // 拷贝构造s3
    string s4(s2, 6, 5);
    //从坐标6开始，取长度为5的一段字符,如果第三个参数len大于后面字符长度，有多少拷贝多少拷贝到结尾
    string s5("hello world", 5);
    //取前面字符串的前5个字符“hello”
    string s6(100, 'x');
    //构成一个含100个x字符的字符串
}

2.3 string类对象的容量操作

函数名称	功能
size	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	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	为字符串预留空间
resize	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。

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	string s("1314520");
	cout << "s的长度："<<s.size() << endl;
	cout << "s的长度：" << s.length() << endl;
	cout << "s的容量：" << s.capacity() << endl;
	cout << "s是否为空：" << s.empty() << endl;
	s.clear();//清除字符
	cout << s << endl;
	s="1314520";//重新设置字符串
	s.reserve(520);//设置空间
	cout << "重新设置后s的容量："<<s.capacity() << endl;
	s.resize(13);//设置有效字符串的长度，多余的用第二个参数填补，默认为""
	cout << "重新设置后s的长度：" << s.size() << endl;
	s.resize(19,'s');//设置填充值为's'
	cout << "重新设置后s的长度：" << s.size() <<" ""重新设置后的s："<<s << endl;
	return 0;
}

输出：

2.4string类对象的访问及遍历操作

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	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
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	string s("1314520");
	cout << s[2] << endl;
	reverse(s.begin(), s.end());//翻转字符串
	cout <<s<<endl;
	reverse(s.rbegin(), s.rend());//再次翻转
	cout << s << endl;
	for (auto ch : s)
	{
		cout << ch;
	}
	return 0;
}

输出：

2.5 string类对象的修改操作

函数名称	功能
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	返回C格式字符串
find / npos	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
insert	在str中从pos位置开始,插入字符或字符串（常用）

注意：

1. 在string尾部追加字符时，s.push_back© / 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。
2. 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。

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	string s("1314520");
	cout << "原来的s：" << s << endl;
	s.push_back('a');
	cout << "尾插后的s：" << s<<endl;
	s += " 3.141559";
	cout << "追加字符串后的s:" << s << endl;
	cout << "输出C格式字符串:"<<s.c_str() << endl;//输出C格式字符串
	cout << s.find('5') << endl;//从左开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置
	cout<< s.rfind('5') << endl;//从右开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置
	cout << s.substr(4,3) << endl;//从坐标4往后截取3个字符
	cout << s.insert(0, "天青色等烟雨");//插入字符串
	return 0;
}

输出：

2.6 string类非成员函数

函数	功能
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 oprators	大小比较

2.7 vs和g++下string结构的说明

注意：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;

这种设计其实挺符合人性的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那么当string对象创建好以后，内部已经有了16个字符数组得到固定空间，不需要再通过堆创建，效率就比较高了

组成：

• 一个size_t字段保存字符串长度
• 一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量
• 一个指针做一些其他事情（指向字符串首地址）
• 故总共占16+4+4+4=28个字节。

• 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;
  };
  

  • 指向堆空间的指针，用来存储字符串。

3. 拷贝问题

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。

所以与资源管理（空间分配）有关的拷贝一定要注意深浅拷贝的情况，判断是否要自己写拷贝函数，也就是深拷贝。

深拷贝：

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。

比如说：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    string s1;
    string s2="chatgpt";
    s1=s2;
    return 0;
}

它的实现原理是上面呢？

实际情况如下：

每个String类对象都要用空间来存放字符串，而s1需要s2拷贝出来，这时候就要用到深拷贝了，它需要给每个对象分配独立的资源，保证他们不会因为共享资源而造成多次释放而造成程序奔溃。

写时拷贝（了解）

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。

后记

感谢大家支持！！！

respect！

下篇见！