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STL之string认识

 1 year ago
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我们总算是接触到C++的STL了，这是C++模块中很重要的一部分，可以这么说，如果你学C++没有学过STL，那么你的C++很大概率是残缺的，我们学习STL主要学习两个层次，第一个是可以使用，第二个是知道它们的底层，至于更高层次的，现在的我还没有达到，就不和大家分享了。我们先来简单的认识一下STL，有一个大致的了解，今天主要的内容时string。

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。我之前和大家分享过数据结构的知识，也和大家用C语言写过，但是它们的可用性有点低，你在写OJ题时，使用C语言，你会发现有的时候还要自己实现数据结构，大佬们也是有这样的困扰，所以出现STL，使用的便是泛型编程，这也是我们前面谈模板的原因。

STL版本

我们学习STL共有三个版本，里面的功能都大致一样。

  • 原始版本 Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，这是最初的STL
  • P. J. 版本 继承HP版本，被微的VS系列使用，代码可读性底
  • SGI版本 继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，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。

STL 组件

STL的六大组件，大家直接看着图片吧，后面的内容都会涉及到，这里大家先来认识一下。

STL之string认识_字符串

string

我们先来认识一下什么是string，简单来说，string在C语言里我们认识的字符串，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 。由于我们比较常用，所以大佬们就把这个给变成了模板类了，某种意义上来说，string不属于STL，它的出现要早的多。

认识string

先看看STL里面关于string的分类，我们可能会感到疑惑，这里怎么会有四种string，我们要学习的是哪一种，SLT不是模板吗，为何这里string看着不像...这些问题我们一个一个解决.

STL之string认识_迭代器_02

字符编码表

在谈为何会有四种string之前?我们需要谈谈什么是字符编码表.我们都知道在计算机世界中,它们只认识0和1,但是现实世界中,我们是有类似汉语,英语的语言的,我们该如何把现实世界和计算机世界给联系起来呢?这就是字符编码表的作用.最初的字符编码表是由美国提出的,叫做ASCII码,是不支持中文的.

STL之string认识_字符串_03

为了编码属于各自国家的字符表,中国编出了GBK,使用的是16位的二进制,但是各国还没有一个统一的标准,这时候国际组织ISO制定了Unicode，也叫万国码．

我们已经知道了字符表的历史,所谓的四种string就是为了支持不同位的字符,是的,我们不是只有char这一个字符类型,我们主要学习的就似乎string,他们四个用法大概差不多,学会了一个,另外几个查查文档就可以了.

int main()
{
  cout << "string    : " << sizeof(char) << endl;
  cout << "u16string : " <<  sizeof(char16_t) << endl;
  cout << "u32string : " <<  sizeof(char32_t) << endl;
  cout << "wstring   : " <<  sizeof(wchar_t) << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_04



string 是模板码



是的,我们看到的string是typedef过的,也就是它是参数为char类型的模板.



STL之string认识_字符串_05



string 的底层



string的底层是一个可以动态开辟的字符数组,这一点大家一定要记住,后面我们模拟实现的时候就是按照这个来的.



int main()
{
  string s("hello");
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_06



我们来真正的看看这个数组,避免出现问题.



使用string



现在我们就可以使用string,我们使用的时候需要包头文件,而且还需要放出std里面的string,少说多做,我们看看就明白了.



#include <iostream>
#include <string>

using std::string;

int main()
{
  std::string s1;  // 或者直接放出
  string s2;
  return 0;
}



现在我们就可以正式接触string里面的内容了,注意C98中string里面存在七个构造函数,但是我们不是每一个都常用,这里我来简绍的有四个.



STL之string认识_编译器_07



string()
构造一个空字符串
string(const string& str)
拷贝构造,深拷贝
string(const char* s)
通过一个字符串来构造
string(size_t n, char c)
构造一个含有 n 个 c字符的字符串



我们现在分别来演示一下.



string()



int main()
{
  string s;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_08



string(const char* s)



int main()
{
  string s("hello string");
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_09



string(size_t n, char c)



int main()
{
  string s(10,'a');
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_10



string(const string& str)



int main()
{
  string s1("hello");
  string s2(s1);
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_11



长度 & 容量



我们知道了string底层是一个动态开辟的数组,那么string支持了计算我们string对象的有效长度和容量的函数我们直接看看吧.



size() & length()



这两个都是计算string对象的有效长度的,唯一的区别就是函数名不同罢了,length()是最初的方法,我们字符串的有效长度可以形容为length,但是后面的哈希表等就有点说不过去了,所以增加了size()这个函数,为了保持命名的规范性,仅此而已.



STL之string认识_编译器_12



int main()
{
  string s("hello");
  cout << s.size() << endl;
  cout << s.length() << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_13



capacity()



计算是当前对象的容量,也就是数组的长度.



int main()
{
  string s("hello");
  cout << s.capacity() << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_14



max_size()



这个函数就是我们字符串最大能开多长,一般是没有人用的,这里我就提一下就可以了.



int main()
{
  string s;
  cout << s.max_size() << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_15



operator[\] & at()



string重载了[\]这运算符,可以支持下标访问,这里的at()的作用和[\]作用是一样的,只不过是早期版本,功能上没有什么区别.



int main()
{
  string s("hello");
  cout << s[1] << endl;
  cout << s.at(1) << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_16



我们访问的如果是有效字符的下一个位置,返回的是一个\0,大家现在还不知道底层,但是我们知道空字符串里面是包含一个\0 的,这是为了兼容C语言.



int main()
{
  string s("hello");
  if (s[5] == '\0')
  {
    cout << "s[5] == \\0 " << endl;
  }
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_17



但是如果我们越界访问了,VS编译器会出现报错.



int main()
{
  string s("hello");
  s[16];
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_18



遍历string



遍历string我们存在三种方法，这三种方法也是我们经常用到的。



  • 使用 迭代器 这个我们重点谈
  • 使用 范围for



###　下标访问



string这个类是重载了[\]这个运算符的，再加上string底层是一个数组，它是支持随机访问的，



STL之string认识_迭代器_19



int main()
{
  string s("hello");
  for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
  {
    cout << s[i] << " ";
  }
  cout << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_20



迭代器访问



或许你还对迭代器有点疑惑,不知道它是什么,这样吧,我简单的说一下,所谓的迭代器就是我们遍历STL最常用的方法.是的,你没有看错,不是所有的STL底层都是连续的空间,也就是说使用下标访问是不具有普遍性的.



string中的迭代器就是一个原生指针,其中迭代器又分为四种.我们来看看吧.



STL之string认识_编译器_21



正向迭代器



这里我直接用两种方式来访问,一个是const修饰的,一个可修改的.



下面的是正向迭代器指向的地方,注意end()指向的有效字符的下一个位置.



STL之string认识_迭代器_22



可以修改迭代器指向的内容



int main()
{
  string s("hello");
  string::iterator it = s.begin();
  while (it != s.end())
  {
    cout << *it << " ";
    it++;
  }
  cout << endl;

return 0;
}



STL之string认识_编译器_23



如果我们想要修改迭代器指向的内容,这里就可以知道了.



int main()
{
  string s("hello");
  string::iterator it = s.begin();
  while (it != s.end())
  {
    (*it)++;
    cout << *it << " ";
    it++;
  }
  cout << endl;

return 0;
}



STL之string认识_字符串_24



如果我们不想修改迭代器指向的数据,可以直接调用const修饰的迭代器



STL之string认识_字符串_25



这个迭代器的主要应用是给那些不想修改的string,我们看看应用.



void func(const string& str)
{
  string::const_iterator it = str.cbegin();
  while (it != str.cend())
  {
    cout << *it << " ";
    it++;
  }
  cout << endl;
}
int main()
{
  string s("hello");
  func(s);
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_26



反向迭代器



谈完了正向的迭代器,这里就要谈谈什么是反向迭代器,它的作用也是遍历string,只不过是反这遍历的.



STL之string认识_编译器_27



这个迭代器是可以修改的,这里就不修改了.



int main()
{
  string str("hello");
  string::reverse_iterator rit = str.rbegin();
  while (rit != str.rend())
  {
    cout << *rit << " ";
    rit++;
  }
  cout << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_28



现在还有可以反向的const修饰的迭代器,我们用用就可以了,具体的就不谈了.



int main()
{
  string str("hello");
  string::const_reverse_iterator rit = str.crbegin();
  while (rit != str.crend())
  {
    cout << *rit << " ";
    rit++;
  }
  cout << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_29



范围 for



范围 for就比较简单了,但是有一个缺陷,就是一次肯定遍历完



int main()
{
  string str("hello");
  for (auto ch : str)
  {
    cout << ch << " ";
  }
  cout << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_30



它看着比较高大上,实际上底层也是对迭代器的复用,这里的复用的迭代器是可以修改的那种



STL之string认识_编译器_31



STL之string认识_字符串_32



push_back()



string支持尾部插入一个字符,如果容量不够,编译器会自动扩容.



int main()
{
  string s;
  s.push_back('a');
  s.push_back('b');
  s.push_back('c');
  s.push_back('d');
  cout << s << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_33



string 扩容机制



我们知道了string的底层是一个动态数组,我们现在想看看它是如何扩容的.



从这里我们可以看出,不同编译器的扩容规则是不一样的,VS下是1.5倍扩容,g++是2倍扩,而且刚开始VS就开辟了15个空间,g++没有开



STL之string认识_字符串_34



reserve()



大家都知道,扩容是代价的,有的时候需要再次开辟空间和进行数组的拷贝，如果我们要是知道总共开辟的空间,那么提前开辟好不是更好吗,这就是这个函数的作用.



  • 只改变容量
  • 不改变 size,也就是你可以理解为它是只扩容.



STL之string认识_字符串_35



注意,reserve()函数开辟的空间不一定和我们要的一样,需要内存对齐的,但是大差不差.



int main()
{
  string s;
  s.reserve(100);
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_36



但是这里就有两个疑问了,如果我们的N大于现在存在的存在的容量会怎么样,小于又会怎么样?这里我们来讨论一下.



N > capacity



这个和上面的一样,会自动扩容,只改变capacity,不改变size.



int main()
{
  string s("aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa");
  int size = s.size();
  cout << size << endl;
  s.reserve(s.capacity() + 20);
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_37



N < capacity



这种情况如果发生,不会出现任何变化.



int main()
{
  string s("aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa");
  cout << "原始 size " << s.size() << endl;
  cout << "原始 capacity() " << s.capacity() << endl;
  s.reserve(15);


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



STL之string认识_迭代器_38



resize()



这个函数的作用从名字上面就可以看出它是重置size,也就是说,我们重新指定尾插数据的地方,如果空间不够,编译器会自动扩容.但是这里有两个函数,本质上是一个缺省函数.



STL之string认识_编译器_39



int main()
{
  string s;
  cout << "size " << s.size() << endl;
  cout << "capacity() " << s.capacity() << endl;

s.resize(20);
  cout << "size " << s.size() << endl;
  cout << "capacity() " << s.capacity() << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_40



void resize (size_t n)



这个是重置 N个空间,从开始的那里开始数,数到下标为N的地方,这个及其以后都重置的空间变成\0.这里分为三种情况.这里我们就来讨论两种共情况,第三种就是扩容的情况.



STL之string认识_迭代器_41



int main()
{
  string s;
  s.push_back('a');
  s.push_back('b');
  s.push_back('b');
  s.push_back('b');
  s.push_back('b');
  s.resize(2);

return 0;
}



STL之string认识_字符串_42



int main()
{
  string s;
  s.push_back('a');
  s.push_back('b');
  s.push_back('b');
  s.resize(7);

return 0;
}



STL之string认识_字符串_43



这里我就给一个总结,所谓的resize就是把有效元素的最后一个位置的后一个位置给改变,改成下标是N,凡是和原来的有效位置之间的距离，都给我变成\0.



void resize (size_t n, char c)



这个就更加简单了,没有什么可以说的,也符合上面的两种规则,也符合不够的扩容规则.就是把默认的\0改成我们想要的字符,这里就不解释其他的情况了.



int main()
{
  string s;
  s.push_back('a');
  s.push_back('b');

s.resize(20,'1');
  cout << s << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_44



clear()



清理有效字符,VS下不会进行缩容，看编译器自己的选择．



int main()
{
  string s("hello");
  s.reserve(100);
  s.clear();  //  只改变  size 缩容不缩容看编译器
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_45



append()



我们发现,push_back尾插是可以的,但是它支持插入一个字符,我们想要插入一个字符串,可不可以,string也提供了这个接口.我们把最长用的的几个个大家简绍一下.



STL之string认识_迭代器_46



append()
string& append (const string& str);
尾插一个string对象
string& append (const char* s);
尾插一个字符串
template     string& append (InputIterator first, InputIterator last);
使用迭代器尾插



我直接演示一下这几个函数吧,用法还是比较简单的,这里新增的迭代器尾插是我们没有见识的过的,这里单独用一下.



int main()
{
  string s("hello");
  s.append("qkj");
  cout << s << endl;
  string s2("你好啊");
  s.append(so2);
  cout << s << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_47



string& append (InputIterator first, InputIterator last)



这个还是挺容易的,它是尾插first到last的内容,没有什么神奇,到后面几个博客,我们会专门谈谈迭代器.



int main()
{
  string s("hello");
  string s2("你好啊");


  s.append(s2.begin(),s2.end());
  cout << s << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_48



operator+=



相对于上面的append,这个才是我们经常用的,而且更容易理解.



STL之string认识_迭代器_49



这个我们会经常用.



int main()
{
  string s("hello");
  s += "aaaa";
  cout << s << endl;

s += 'c';
  cout << s << endl;
  string s2("hahahah");

s += s2;
  cout << s << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_50



insert()



一般情况下,我们是不用这个函数的,都是使用的尾插,但是为了让大家了解一下,这里都给大家拿出来,给大家简绍一下比较常用的.



STL之string认识_编译器_51



insert()
string& insert (size_t pos, const string& str);
在pos位置插入一个字符串
string& insert (size_t pos, const char* s);
iterator insert (iterator p, char c);



大家会用就可以了.



int main()
{
  string s1("hello");
  string s2(" qkj");
  s1.insert(5, s2);
  cout << s1 << endl;

s1.insert(2, "xxxxxx");
  cout << s1 << endl;
  string::iterator it = s1.begin();

s1.insert(it + 2, '1');
  cout << s1 << endl;

return 0;
}



STL之string认识_迭代器_52



erase()



STL之string认识_编译器_53



这个是删除下标从pos往后数len个字符,如果不传字符就删除 npos个,这里的npos是一个静态常量,数据很大.



STL之string认识_迭代器_54



int main()
{
  string s1("hello");
  s1.erase(1,3);
  cout << s1 << endl;

return 0;
}



STL之string认识_字符串_55



至于那个传迭代器的就不和大家演示了.



swap()



string里面是存在swap函数的,当然我们std中的那个也可以用,只不过需要发生深拷贝,效率有点低.



int main()
{
  string s1("hello");
  string s2("qkj");
  cout << s1 << endl;
  cout << s2 << endl;

s1.swap(s2);

cout << s1 << endl;
  cout << s2 << endl;

return 0;
}



STL之string认识_迭代器_56



c_str()



这个函数返回就是这个数组的指针,在工作中,有的是不接容string的指针,这里就要string里面的指针,现在可能还没有什么用处.



int main()
{
  string s1("hello");
  const char* str = s1.c_str();
  cout << str << endl;

return 0;
}



STL之string认识_迭代器_57



find()



find()是查找string里面是不是有我们想要的字符或者字符串,默认是从下标0开始的,返回的是字符的下标或者是字符串的的头位置,找不的话就是返回npos.



STL之string认识_迭代器_58



int main()
{
  string s1("hello");
  size_t pos = s1.find('e', 3); // 从  下标 3 开始
  if (pos != string::npos)
  {
    cout << s1[pos] << endl;
  }
  else
  {
    cout << "没有找到" << endl;
  }
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_59



int main()
{
  string s1("hello");
  size_t pos = s1.find("lo", 2); // 从  下标 3 开始
  if (pos != string::npos)
  {
    cout << "找到了" << endl;
  }
  else
  {
    cout << "没有找到" << endl;
  }
  return 0;
}



STL之string认识_迭代器_60



还有一个rfind()函数,这个是从string对象后面来查找,这里就不和大家分享了.



substr()



这个可以说字符串截断的函数,从pos位置开始截,len个字符,这里也是一个缺省函数.



STL之string认识_迭代器_61



int main()
{
  string s1("hello");
  string s2 = s1.substr(1, 2);
  cout << s2 << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_字符串_62



getline()



我们都知道,>>运算符遇到空格就结束了,这里对于string也是一样的.



int main()
{
  string s;
  cin >> s;
  cout << s << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_63



这个函数不是string特有的,在std里面封者.



int main()
{
  string s;
  std::getline(cin,s);
  cout << s << endl;
  return 0;
}



STL之string认识_编译器_64

        

        

            

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