- 前言
- string class
- 1、为什么要学习string类?
- 1.1、c语言中的字符串
- 1.2、经典题目
- 2、标准库中的string类
- 2.1、string类(了解)
- 2.2、 string类的常用接口说明(常用接口)
- 3、string类经典的问题
- 3.1、浅拷贝
- 3.2、深拷贝
- 3.1、传统string类写法
- 3.2、现代string类写法
- 3.3、写时拷贝(了解)
- 4、string类模拟实现(vs2022)
- 5、拓展阅读
这篇文章注意学习string类的基本用法和底层原理!!!
string classstring class是标准库中模板类的一个实例,底层是类似一个动态数组
1、为什么要学习string类? 1.1、c语言中的字符串
- C语言中,字符串是以’ ’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
1.2、经典题目
【1】字符串转整形
【2】字符串相加
注意:在OJ中,有关字符串的题目基本以string类的形式出现,而且在常规工作中,为了简单、方便、快捷,基本都使用string类,很少有人去使用C库中的字符串操作函数
2、标准库中的string类 2.1、string类(了解)
【string文档介绍】
- 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
- 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
- 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
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,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:
- string是表示字符串的字符串类
- 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
- string在底层实际是:basic_string模板类的别名,typedef basic_string
string - 不能操作多字节或者变长字符的序列(编码问题)
2.2、 string类的常用接口说明(常用接口)
- string类常见的构造函数
| (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(const string&s) (重点) | 拷贝构造函数 |
| string(size_t n, char c) | string类对象中包含n个字符c |
举个栗子:
void Testconstructor()
{
string s1; // 构造空的string类对象s1
string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
string s3(s2); // 拷贝构造s3
string s4(10, 'a'); // 构造10个字符a
}
- string类对象常见容器操作
| (constructor)函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| 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 | 返回总容量大小 |
| 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 |
- 举个栗子1️⃣:
//测试size、length和capacity接口
void Teststring1()
{
// 注意:string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出,底层已重载
string s("abc123");
cout << s << endl;
cout << s.size() << endl;
cout << s.length() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
}
- 举个栗子2️⃣:
//测试clear、resize接口
void Teststring2()
{
string s("abc123");
// 将s中的字符串清空,注意清空时只是将size清0,不改变底层空间的大小
s.clear();
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
// 将s中有效字符个数增加到10个,多出位置用'a'进行填充
// “aaaaaaaaaa”
s.resize(10, 'a');
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
// 将s中有效字符个数增加到15个,多出位置用缺省值' '进行填充
// "aaaaaaaaaa "
// 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个
s.resize(15);
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
cout << s << endl;
// 将s中有效字符个数缩小到5个
s.resize(5);
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
cout << s << endl;
}
注意:代码过长,最好自己调试看一下
- 举个栗子3️⃣:
//测试reserve接口
void Teststring3()
{
string s;
// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数
s.reserve(100);
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
// 测试reserve参数小于string的底层空间大小时,是否会将空间缩小
s.reserve(50);
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
}
- 举个栗子4️⃣:
//没有提前开好空间版本
void TestPushBack()
{
string s;
size_t sz = s.capacity();
cout << "making s grow:n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
s.push_back('c');
if (sz != s.capacity())
{
sz = s.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << 'n';
}
}
}
//提前开好空间版本
void TestPushBackReserve()
{
string s;
s.reserve(100); //提前开辟100个空间
size_t sz = s.capacity();
cout << "making s grow:n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
s.push_back('c');
if (sz != s.capacity())
{
sz = s.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << 'n';
}
}
}
int main()
{
TestPushBack();
cout << endl;
TestPushBackReserve();
}
注意:vs2022中使用的STL是J.P.版本,扩容第一次是2倍(默认构造容量为15),后面是1.5倍左右
总结:
- 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() - clear()只是将string中有效字符清空,不改变底层空间(capacity)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
- string类对象的访问及遍历操作
| 函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| operator[](重点) | 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循环 | C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式 |
注意:rbegin 和 rend所匹配的类型为string::reverse_iterator,寓意:对字符串反着进行迭代
举个栗子1️⃣:
//测试operator[]重载接口
void Teststring1()
{
string s1("hello world!!!"); //string* const this
const string s2("Hello world!!!"); //const string* const this
cout << s1 << " " << s2 << endl;
cout << s1[0] << " " << s2[0] << endl;
s1[0] = 'a';
cout << s1 << endl;
// s2[0] = 'a'; 代码编译失败,因为const类型对象不能修改
}
为什么[]重载返回类型必须为引用?
- 因为我们除了用它进行访问,还可能需要对其元素进行修改
- 不加引用时,修改该下标元素,原容量将不会改变它的内容
举个栗子2️⃣:
void Teststring2()
{
// 3种遍历方式:
// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象,还可以遍历是修改string中的字符,
// 另外以下三种方式对于string而言,第一种使用最多
// 1. for+operator[]
string s("hello world!!!");
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
cout << s[i];
cout << endl << endl;
// 2.迭代器
string::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it;
++it;
}
cout << endl << endl;
string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
while (rit != s.rend())
{
cout << *rit;
++rit;
}
// 3.范围for
for (auto ch : s)
cout << ch;
cout << endl;
}
- 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+=(重点) | 在字符串后追加字符串str |
| 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 |
| c_str(重点) | 返回C格式字符串(const char*) |
| rfind | 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 |
| substr | 在str中从pos位置开始,截取n个字符,然后将其返回 |
举个栗子1️⃣:
// 测试push_back、append、operator+=和c_str接口
void Teststring()
{
string str;
str.push_back('!'); // 在str后插入'!’'字符
str.append("hello"); // 在str后面追加子字符串"hello"
str += ' '; // 在str后面插入' '空格字符
str += "world"; // 在str后面追加子字符串"world";
cout << str << endl;
cout << str.c_str() << endl; //以C语言风格打印字符串
}
举个栗子2️⃣:
/测试rfind、substr接口
void Teststring()
{
// 获取file的后缀
string file("string.cpp");
size_t pos = file.rfind('.');
string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));
cout << suffix << endl;
}
举个栗子3️⃣:
//测试find接口
void Teststring()
{
// 取出url中的域名
string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
cout << url << endl;
size_t start = url.find("://");
if (start == string::npos)
{
cout << "invalid url" << endl;
return;
}
start += 3;
size_t finish = url.find('/', start);
string address = url.substr(start, finish - start);
cout << address << endl;
// 删除url的协议前缀
size_t pos = url.find("://");
url.erase(0, pos + 3);
cout << url << endl;
}
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
- string类非成员函数
| 函数名 | 功能说明 |
|---|---|
| operator+ | 尽量少用,因为传值返回,导致深拷贝效率低 |
| operator>>(重点) | 输入运算符重载 |
| operator<<(重点) | 输出运算符重载 |
| getline(重点) | 获取一行字符串 |
| relational operators(重点) | 大小比较 |
举个栗子:
void Teststring()
{
string str("hello");
str = str + ' ';
str = str + "world";
cout << str;
string str2;
cin >> str2;
cout << str2;
}
举个栗子2️⃣:
void Teststring()
{
string str1("abc123");
string str2("123");
//string中字符串比较是按逐个字符进行比较的
cout << (str1 > str2) << endl;
cout << (str1 < str2) << endl;
cout << (str1 == str2) << endl;
//................................
}
3、string类经典的问题
在面试中,面试官总喜欢让学生自己来模拟实现string类,最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数,大家看下以下string类的实现是否有问题?
namespace MyClass
{
class string
{
public:
string(const char* str = "")
{
// 构造string类对象时,如果传递nullptr指针,认为程序非法,此处断言下
if (str == nullptr)
{
assert(false);
return;
}
// 多开一个空间是为了存储结束字符' '
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~string()
{
if (_str != nullptr)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
}
int main()
{
MyClass::string str1("abc");
MyClass::string str2(str1);
return 0;
}
程序解析:
- 上述string类没有显示定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载,编译器会自动生成默认的成员函数,当用str1构造str2时,编译器会调用默认拷贝构造函数。最终导致问题是:s1、s2共同指向一块内存空间,在释放对象时,同一块空间被释放多次而引起程序崩溃
- 这种拷贝方式,称为浅拷贝或位拷贝(按字节进行拷贝)
注意:空间被释放一次后,这个指向会变成一个野指针,释放野指针会导致重新崩溃
3.1、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
- 为了解决这个问题,C++引引进了深拷贝
浅拷贝只关注了房子的外表,而深拷贝探索房子的内在布局
3.2、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。一般况都是按照深拷贝方式提供
3.1、传统string类写法
namespace MyClass
{
class string
{
public:
string(const char* str = "")
{
// 构造string类对象时,如果传递nullptr指针,认为程序非法,此处断言下
if (str == nullptr)
{
assert(false);
return;
}
// 多开一个空间是为了存储结束字符' '
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
string(const string& s)
: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
{
strcpy(_str, s._str);
}
//赋值函数原理:(1)先判断是否自赋值(2)如不是,释放左操作数的动态内存
//(3)重新分配一块与右操作数一样的动态内存(4)把右操作数里面的字符串拷贝到左操作数
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
delete[] _str;
char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
strcpy(pStr, s._str);
_str = pStr;
}
return *this;
}
~string()
{
if (_str != nullptr)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
}
3.2、现代string类写法
namespace MyClass
{
class string
{
public:
string(const char* str = "")
{
// 构造string类对象时,如果传递nullptr指针,认为程序非法,此处断言下
if (str == nullptr)
{
assert(false);
return;
}
// 多开一个空间是为了存储结束字符' '
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
string(const string& s)
: _str(nullptr)
{
string strTmp(s._str);
swap(_str, strTmp._str);
}
// 对比下和上面的赋值那个实现比较好?
string& operator=(string s)
{
swap(_str, s._str);
return *this;
}
~string()
{
if (_str != nullptr)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
}
3.3、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
【写时拷贝】
【写时拷贝在读取时的缺陷】
4、string类模拟实现(vs2022)
头文件
#ifndef STRING_H_ #define STRING_H_ #includeusing std::cout; using std::endl; using std::cin; using std::ostream; using std::istream; class String { public: typedef char* iterator; //迭代器 public: String(const char* str = ""); String(const String& str); String& operator=(const String& str); ~String(); //--------------------------------------------------------------------- 迭代器 iterator begin(); iterator end(); //--------------------------------------------------------------------- 调整字符串 void Push_Back(char c); String& operator+=(char c); void append(const char* str); String& operator+=(const char* str); void clear(); void swap(String& str); //--------------------------------------------------------------------- 长度容量判空 size_t size() const; size_t capacity() const; bool empty() const; //--------------------------------------------------------------------- 容量 void resize(size_t newSize, char c = ' '); void reserve(rsize_t newCapacity); //--------------------------------------------------------------------- 访问(access) char& operator[](size_t index); char& operator[](size_t index) const; //--------------------------------------------------------------------- 运算符重载 bool operator<(const String& str); bool operator<=(const String& str); bool operator>(const String& str); bool operator>=(const String& str); bool operator==(const String& str); bool operator!=(const String& str); //--------------------------------------------------------------------- 查找(Find) // 返回c在string中第一次出现的位置 size_t find(char c, size_t pos = 0) const; // 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; // 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); String& insert(size_t pos, const char* str); // 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); //--------------------------------------------------------------------- I/O private: friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const String& s); friend istream& operator>>(istream& _cin, String& s); private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; }; #endif
接口实现
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "String.h" #include5、拓展阅读#include #include String::String(const char* str) { _size = strlen(str); _capacity = _size; // 容量不计算' '的空间 _str = new char[_capacity + 1]; // 必须多开一个空间,存储' ' strcpy(_str, str); } String::String(const String& str) : _str(new char[str._capacity + 1]) ,_size(str._size) , _capacity(str._capacity) { strcpy(_str, str._str); } String& String::operator=(const String& str) { // 防止自赋值 if (this != &str) { if (_str != nullptr) { delete[] _str; _str = new char[str._capacity + 1]; _size = str._size; _capacity = str._capacity; strcpy(_str, str._str); } } return *this; } String::~String() { // _str为空则不做释放 if (_str) { delete[] _str; _str = nullptr; } } //--------------------------------------------------------------------- //迭代器接口 String::iterator String::begin() { return _str; // 返回首地址 } String::iterator String::end() { return _str + _size; // 返回尾后一个地址(' ') } //--------------------------------------------------------------------- //modify void String::Push_Back(char c) { // 扩容 if (_size == _capacity) { char* ps = new char[_capacity * 2]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity *= 2; } _str[_size++] = c; _str[_size] = ' '; } String& String::operator+=(char c) { Push_Back(c); return *this; } void String::append(const char* str) { size_t len = strlen(str); // 扩容 if (_capacity * 2 > _size + len) { char* ps = new char[_capacity * 2 + 1]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity *= 2; } else { char* ps = new char[(_size + len) * 2 + 1]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity = (_size + len) * 2; } // 逐个数据拷贝到_str for (int i = 0; i < len; ++i) _str[_size++] = str[i]; _str[_size] = ' '; } String& String::operator+=(const char* str) { append(str); return *this; } void String::clear() { // 只改变有效数据,不改变容量 _size = 0; _str[_size] = ' '; } void String::swap(String& str) { // 标准库中swap底层中形参是使用引用接受实参的,不用传地址 std::swap(_str, str._str); std::swap(_size, str._size); std::swap(_capacity, str._capacity); } //--------------------------------------------------------------------- //判断长度容量字符串是否为空 size_t String::size() const { return _size; } size_t String::capacity() const { return _capacity; } bool String::empty() const { return _str[0] == ' '; } //--------------------------------------------------------------------- // 关于容量的接口 void String::resize(size_t newSize, char c) { if (newSize > _size) { //如果新长度大于容量,则需扩容 if (newSize > _capacity) { char* ps = new char[newSize + 1]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity = newSize; } //不能将原来存在的字符给覆盖 memset(_str + _size, c, newSize - _size); } _size = newSize; //如果c不是默认' ',则需要自己赋结束符号 _str[newSize] = ' '; } void String::reserve(rsize_t newCapacity) { //如果新容量大于旧容量,则扩容 if (newCapacity > _capacity) { char* ps = new char[newCapacity + 1]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity = newCapacity; } } //--------------------------------------------------------------------- //访问[]接口 char& String::operator[](size_t index) { assert(index < _size&& _size >= 0); return _str[index]; } char& String::operator[](size_t index) const { assert(index < _size&& _size >= 0); return _str[index]; } //--------------------------------------------------------------------- //运算符重载 --- 首先实现二个接口,其余复用 bool String::operator<(const String& str) { return strcmp(_str, str._str) < 0; } bool String::operator<=(const String& str) { return _str == str._str || _str < str._str; } bool String::operator>(const String& str) { return (_str <= str._str); } bool String::operator>=(const String& str) { return !(_str < str._str); } bool String::operator==(const String& str) { return strcmp(_str, str._str) == 0; } bool String::operator!=(const String& str) { return !(_str == str._str); } //--------------------------------------------------------------------- //查找 size_t String::find(char c, size_t pos) const { for (; pos < _size; ++pos) { if (_str[pos] == c) return pos; } //若没找到,则返回size_t最大取值范围 return -1; } size_t String::find(const char* s, size_t pos) const { //使用strcmp进行匹配,找到则返回1,没有找到返回0 bool flag = !(strcmp(_str, s) == 0); if (flag) { //如果找到,则对子字符串首元素的下标进行查找 for (; pos < _size; ++pos) { if (_str[pos] == s[0]) //返回子字符串在字符串中的下标(index) return pos; } } return -1; } //随机插入 -- 在pos索引左边插入c String& String::insert(size_t pos, char c) { // 扩容 if (_size + 1 > _capacity) { char* ps = new char[_capacity * 2 + 1]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity *= 2; } size_t begin = pos, end = _size; while (begin < end) { _str[end] = _str[end - 1]; --end; } _str[pos] = c; ++_size; _str[_size] = ' '; return *this; } //随机插入 -- 在pos索引左边插入str String& String::insert(size_t pos, const char* str) { size_t len = strlen(str); // 扩容 if (_capacity * 2 > _size + len) { char* ps = new char[_capacity * 2 + 1]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity *= 2; } else { char* ps = new char[(_size + len) * 2 + 1]; strcpy(ps, _str); delete[] _str; _str = ps; _capacity = (_size + len) * 2; } size_t size = _size; size_t begin = pos, end = _size + len; while (begin < end) { _str[end - 1] = _str[size - 1]; --size; --end; } for (int i = 0; pos <= len; ++pos) { _str[pos] = str[i]; ++i; } _size += len; _str[_size] = ' '; return *this; } //随机删除 String& String::erase(size_t pos, size_t len) { assert(_size > 0); if (len < _size) { for (int i = 0; i < len; ++i) { size_t begin = pos, end = _size - i; while (begin < end) { _str[begin] = _str[begin + 1]; ++begin; } } _size -= len; } else { _str[pos] = ' '; _size -= pos; } return *this; } //--------------------------------------------------------------------- I/O ostream& operator<<(ostream& _cout, const String& s) { for (int i = 0; i < s._size; ++i) _cout << s._str[i]; return _cout; // 连续输出 } istream& operator>>(istream& _cin, String& s) { s.clear(); char ch = _cin.get(); while (ch != ' ' && ch != 'n') { s += ch; ch = _cin.get(); } return _cin; }
【面试中string的一种正确写法】
【STL中的string类怎么回事?】



