string
1. 标准库中的string类
1.1 auto和范围for
auto和范围for是C++11的两个语法
auto
- 以前的auto有别的含义，但在C++11中，auto是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得
- 用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&
- 当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量
- auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用
- auto不能直接用来声明数组
#include <iostream>
using namespace std;
int func1()
{
return 10;
}
// 不能做参数
void func2(auto a)
{
}
// 可以做返回值，但是建议谨慎使用
auto func3()
{
return 3;
}
int main() {
int a = 10;
auto b = a;
auto c = 'a';
auto d = func1();
// 编译报错:rror C3531: “e”: 类型包含“auto”的符号必须具有初始值设定项
auto e;
cout << typeid(b).name() << endl;
cout << typeid(c).name() << endl;
cout << typeid(d).name() << endl;
int x = 10;
auto y = &x;
auto* z = &x;
auto& m = x;
cout << typeid(x).name() << endl;
cout << typeid(y).name() << endl;
cout << typeid(z).name() << endl;
auto aa = 1, bb = 2;
// 编译报错：error C3538: 在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型
auto cc = 3, dd = 4.0;
// 编译报错：error C3318: “auto []”: 数组不能具有其中包含“auto”的元素类型
auto array[] = { 4, 5, 6 };
return 0;
}
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{
std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
// auto的用武之地
//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
return 0;
}
范围for
- 对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束
- 范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历
- 范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
// C++98的遍历
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
{
array[i] *= 2;
}
for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
{
cout << array[i] << endl;
}
// C++11的遍历
for (auto& e : array)
e *= 2;
for (auto e : array)
cout << e << " " << endl;
string str("hello world");
for (auto ch : str)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
1.2 string类的常用接口说明
1.2.1 string类对象的常见构造
| (constructor)函数名称 | 功能说明 |
|---|---|
| string() | 构造空的string类对象，即空字符串 |
| string(const char s)* | 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) | 拷贝构造函数 |
void Teststring()
{
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
}
1.2.2 string类对象的容量操作
| 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 | 返回空间总大小 |
| empty | 检测字符串是否为空串，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：
- 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
1.2.3 string类对象的访问遍历操作
| 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 | rbegin获取最后一个字符的迭代器 + rend获取第一个字符前一个位置的迭代器 |
| 范围for | C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式 |
1.2.4 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+= | 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 |
注意：
- 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
1.2.5 string类非成员函数
| 函数 | 功能说明 |
|---|---|
| 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 operators | 大小比较 |
1.2.6 vs和g++下string结构的说明
以下结构在32位平台下验证，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;其次：还有一个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
最后：还有一个指针做一些其他事情
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(注意，这是另一个指针，在上述的对空间中，但自己也是指向堆的)
在比较新的g++中，已经不再使用引用计数、写时拷贝的方式了，原因是有了更合适的办法代替，但这种思想在许多地方仍会用到
2. string类的模拟实现
比较容易出错的地方：拷贝
// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:
/*String()
:_str(new char[1])
{*_str = '\0';}
*/
//String(const char* str = "\0") 错误示范
//String(const char* str = nullptr) 错误示范
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非法
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
String s1("hello bit!!!");
String s2(s1);
}
说明：上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放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
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
可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享
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
传统的String类写法
class String
{
public:
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非法
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
String(const String& s)
: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
{
strcpy(_str, s._str);
}
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s)
{
char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
strcpy(pStr, s._str);
delete[] _str;
_str = pStr;
}
return *this;
}
~String() {
if (_str) {
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
其实在拷贝构造这里还有另一种写法
String(const String& s)
: _str(nullptr)
{
String strTmp(s._str);
swap(_str, strTmp._str);
}
这个想法挺巧妙的，直接修改指针，交换所指的对象达到交换内容的效果
对于有许多成员变量的自定义类型，可以重载一个针对自定义类型的swap函数，剩下的仍按如上写即可
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