目录
1. 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。
2.标准库中的string类
2.1string类(了解)
www.cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string ， 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。
5.string类在定义时如果不设置初始化值，则string类的默认初始化将是一个空字符串。
在使用string类时，必须包含#include<cstring>头文件以及using namespace std;
2.2string类的常用接口说明
1.string类对象的常见构造
int main()
{
//构造
string s1;
string s2("张三");
string s3 = "李四";
string s4(10, '*');
//拷贝构造
string s5(s2);
string s6(s4, 5, 5);
cout << s2 << endl;
cout << s3 << endl;
cout << s4 << endl;
cout << s6 << endl;
cout << (s4 == s6) << endl;//因为运算符优先级比流插入要高所以需要使用括号括起来
cout << (s2 > s3) << endl;
//把字符串分割为三部分
string str("https://cplusplus.com/reference/string/string/string/");
string str1(str, 0, 5);
string str2(str, 8, 13);
string str3(str,22);
cout << str1 << endl;
cout << str2 << endl;
cout << str3 << endl;
return 0;
}
2.string类的析构函数
注：类对象出了作用域会自动调用析构函数进行销毁所以不需要我们进行处理。
3.字符串的赋值
s1 = s2;//使用一个对象进行赋值 cout << s1 << endl; s2 = "hello world";//使用一个字符串进行赋值 cout << s2 << endl; s3 = 'c';//使用一个字符进行赋值 cout << s3 << endl;
4.字符串的追加
5.string类对象的容量操作函数
| 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（每个编译器的扩容方式不一样） |
| 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：
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，但是如果空间内不存在有效元素，reserver会改变容量大小。
注：不要把reserve和reverse搞反，前一个具有保留的意思，后一个具有反转的意思。
6.string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 |
| at | 获取字符串中的字符 |
| back | 访问最后一个字符 |
| front | 访问第一个字符 |
| begin + end | begin获取第一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器(左闭右开) |
| rbegin + rend | 反向迭代器，rbegin获取最后一个字符位置的迭代器 + 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.迭代器
这些都是迭代器函数接口，只介绍一部分常用的，可以通过文献查看这些迭代器的使用方法。
注：迭代器都需要使用迭代类(iterator)来进行接收该函数的返回值，反向迭代器需要加上reverse_，如：reverse_iterator，可以把它们当成类似于指针来使用，且迭代器的使用区间是左闭右开的。
2.at函数接口的使用方法以及和operator[]的区别
注：operator[]是通过断言的方式来检查错误，而at是通过异常捕获的方式拉检查错误。
7.string类对象的修改操作
| 函数名称 | 功能说明 |
| push_back | 在字符串后尾插一个字符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 |
| insert | 在pos位置插入字符或者字符串 |
| erase | 删除指定pos位置到指定的以为len长度的字符，如果没有指定len的长度则使用缺省值 |
| c_str | 返回C格式字符串。当某些接口需要使用到C格式的字符串时就会使用到该函数 |
| 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 |
| find_first_of | 在字符串中从前往后查找另一个字符串中出现过的字符元素 |
| find_last_of | 从字符串中从后往前查找另一个字符串中出现过的字符元素 |
| find_first_not_of | 查找字符串中缺少的字符或该字符串中的所有元素 |
| find_last_not_of | 从末尾查找字符串中的不匹配字符或该字符串中的所有元素 |
1. 在string尾部追加字符时，s.push_back(c) / s.append(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，并且string类内部自动扩容完全不需要担心空间不够的情况。
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，好处就是减少扩容的次数。
3.查找字符串的子字符串或者删除某一段序列
8.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，里面重载的是比较运算符 |
3.模拟string
1.完整代码：
//ReverseIterator.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
namespace bit
{
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>//Ref表示引用类型，Ptr表示指针类型
struct ReverseIterator//反向迭代器
{
typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;//重命名
Iterator _it;//成员
ReverseIterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
Ref operator*()
{
Iterator tmp = _it;
return *(--tmp);
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp = *this;
--_it;
return tmp;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Self& operator--(int)
{
Self tmp = *this;
++_it;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _it != s._it;
}
};
}//string.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include <assert.h>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include "ReverseIterator.h"
using namespace std;
//为了防止和库里的string冲突，需要定义一个命名空间
//可以在命名空间里模拟实现自己的string类
namespace bit
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;//使用 char* 定义迭代器类型
typedef const char* const_iterator;//使用 char* 定义迭代器类型
typedef ReverseIterator<iterator, char&, char*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator<const_iterator, const char&, const char*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return begin();
}
构造函数
//string(const char* str)
// : _size(strlen(str))
// ,_capacity(strlen(str))
// ,_str(new char[_capacity + 1])
//{
// strcpy(_str, str);
//}
//string()//无参构造
// :_size(0)
// , _capacity(0)
// , _str(new char[1])
//{
// _str[0] = '\0';
//}
//把上面两个构造进行合并优化使用缺省构造
string(const char* str = "")//缺省参数
: _size(strlen(str))
, _capacity(strlen(str))
, _str(new char[_capacity + 1])//多开一个空间是为了存放'\0'
{
memcpy(_str, str, _size + 1);
}
//拷贝构造函数 - 使用一个已经存在的对象给另一个正在创建的对象进行初始化
string(const string& s)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
//strcpy(_str, s._str);
memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
//赋值运算符重载 - 使用两个已经存在的对象进行之间的赋值
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
memcpy(tmp, s._str, s._size + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
//析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_capacity = _size = 0;
}
//返回C类型的字符串
//前面的const表示返回值只能读不能写，后面的const表示传参时权限
const char* c_str() const//这里加上const表示进行传参时权限可以进行缩小，但是不能进行放大
{
return _str;
}
//返回字符串大小
size_t size() const
{
return _size;
}
//重载[]操作符
//使用引用进行返回，提高传参效率，减少空间使用，返回的是对象的成员，因为是对象的一部分
char& operator[](size_t pos) //读写
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
const char& operator[](size_t pos) const //只读
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//迭代器
iterator begin()
{
return _str;//返回第一个地址
}
iterator end()
{
return _str + _size;//返回最后一个元素的下一个地址
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
//扩容函数
void reserve(size_t n)
{
//先判断n是否大于容量，因为一般来说是不会进行缩容的
//并且调用扩容函数的不只是一个人，避免其他人进行传参比容量小
if (n > _capacity)
{
//c++都是异地扩容
char* tmp = new char[n + 1];
//strcpy(tmp, _str);
memcpy(tmp, _str, _size + 1);
delete[] _str;//记住要先释放原来的空间
_str = tmp; //然后在把新空间的地址进行赋值
_capacity = n;
}
}
void push_back(char ch)//追加字符
{
//扩容 - 扩2倍
if (_size == _capacity)
{
//先判断是不是空字符串，因为有可能是往空字符串里面追加字符
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';
}
string& append(const char* str)//追加字符串
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
//最少扩容到_size + len
reserve(_size + len);
}
//strcpy(_str + _size, str);//追加的末尾
memcpy(_str + _size, str, len + 1);
_size += len;
return *this;
}
string& operator+= (char ch)//重载+=操作符
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+= (const char* str)//重载+=操作符
{
append(str);
return *this;
}
void insert(size_t pos, size_t n, char ch)//在pos位置插入n个字符
{
assert(pos <= _size);
if (_size + n > _capacity)
{
reserve(_size + n);
}
//挪动数据
//方法1
//int end = _size;
//while (end >= (int)pos)//为什么要强制转换类型？为了避免发生整形提升，因为pos为0时无法结束循环
//{
// _str[end + n] = _str[end];
// --end;
//}
//方法2
size_t end = _size;
while (end >= pos && end != npos)//npos是-1转为无符号类型的最大值，因为end永远不会小于0，所以end != npos
{
_str[end + n] = _str[end];
--end;
}
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
_str[pos + i] = ch;
}
_size += n;
}
void insert(size_t pos, const char* str)//在pos位置插入字符串
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
// 扩容到原字符串追加新字符串的总大小
reserve(_size + len);
}
size_t end = _size;
while (end >= pos && end != npos)//npos是-1转为无符号类型的最大值，因为end永远不会小于0，所以end != npos
{
_str[end + len] = _str[end];
--end;
}
for (size_t i = 0; i < len; i++)
{
_str[pos + i] = str[i];
}
_size += len;
}
void erase(size_t pos, size_t len = npos)//删除pos位置后面len个字符(长度)
{
assert(pos <= _size);
if (len == npos || pos + len >= _size)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
_str[_size] = '\0';
}
else//挪动覆盖要被删除的数据
{
size_t end = pos + len;
while (end <= _size)
{
_str[pos++] = _str[end++];
}
_size -= len;
}
}
size_t find(char ch, size_t pos = 0)//从pos位置开始往后查找字符
{
assert(pos <= _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (_str[i] == ch)
return i;
}
return npos;
}
size_t find(const char* str, size_t pos = 0)//从pos位置开始往后查找字符串
{
assert(pos < _size);
const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
if (ptr)
{
return ptr - _str;//为什么是ptr减str?因为地址减地址使用高地址减去低地址也可以返回查找目标字符串的起始位置
}
return npos;
}
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t n = len;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
n = _size - pos;
}
string tmp;
tmp.reserve(n);
for (size_t i = pos; i < pos + n; i++)
{
tmp += _str[i];
}
return tmp;
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n < _size)
{
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
else
{
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
bool operator<(const string& s) const
{
//第一种写法
/*int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;*/
//第二种写法
size_t i1 = 0;
size_t i2 = 0;
while (i1 < _size && i2 < s._size)
{
if (_str[i1] < s._str[i2])
{
return true;
}
else if (_str[i1] > s._str[i2])
{
return false;
}
else
{
++i1;
++i2;
}
}
/*if (i1 == _size && i2 != s._size)
{
return true;
}
else
{
return false;
}*/
return i1 == _size && i2 != s._size;
}
bool operator==(const string& s) const
{
return _size == s._size && memcmp(_str, s._str, s._size) == 0;
}
bool operator<=(const string& s) const
{
return *this < s || *this == s;
}
bool operator>(const string& s) const
{
return !(*this <= s);
}
bool operator>=(const string& s) const
{
return !(*this < s);
}
bool operator!=(const string& s) const
{
return !(*this == s);
}
private:
size_t _size;
size_t _capacity;
char* _str;
public:
static size_t npos;
//const static size_t npos = -1;//虽然这个语法可以通过，但是这个写法并不正确(不推荐)
};
//因为静态成员不属于某一个类的对象，而是属于这个类的所有对象
size_t string::npos = -1;//静态成员只能在类外进行初始化
//流插入(流输出)
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
//为什么使用for循环不使用out直接输出s.c_str()字符串呢？
//如果在一段字符串内中间有一个'\0'就会停止输出，所以使用for循环来输出所有内容
for (auto ch : s)
out << ch;
return out;
}
//流提取(流输入)
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch = in.get();
//处理缓冲区前面的空格或者换行
while (ch == ' ' || ch == '\n')
{
ch = in.get();
}
//in >> ch;//为什么不使用 in 而使用 in.get()
char buff[128] = { 0 };//减少扩容调用的开销
int i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 127)
{
buff[i] = '\0';//128位置存放'\0'
s += buff;
i = 0;
}
//in >> ch;
ch = in.get();
}
if (i != 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
}//main.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "string.h"
using namespace std;
void test_string1()
{
bit::string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
bit::string s2;
cout << s2.c_str() << endl;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
s1[i]++;
cout << s1[i] << " ";//调用非const版本
}
cout << endl;
const bit::string s3("hello world");
//s3[0]++; - 报错
s3[0];//调用const版本
//迭代器
bit::string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//范围for会被自动替换成上面那种类似写法，并且是傻瓜式替换只认 "end"这个名字，大写也不行
for (auto ch : s1)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
//const迭代器
//bit::string::const_iterator cit = s3.c_begin();
auto cit = s3.begin(); //类型过长时可以使用auto来自动推断类型
while (cit != s3.end())
{
cout << *cit << " ";
cit++;
}
cout << endl;
bit::string s4("hello world");
//bit::string::const_iterator cit = s4.begin();
for (auto ch : s4)
{
cout << ch;
}
cout << endl;
}
void test_string2()
{
bit::string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.push_back('!');
s1.push_back(' ');
s1.append("hello bit");
cout << s1.c_str() << endl;
bit::string s2("hello world");
s2 += '!';
s2 += ' ';
s2 += "hello bit";
cout << s2.c_str() << endl;
s2.insert(0, 2, '#');
cout << s2.c_str() << endl;
s2.insert(0, "%%%%%");
cout << s2.c_str() << endl;
}
void test_string3()
{
bit::string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(0, 6);
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string4()
{
bit::string url = "ftp://www.baidu.com/?tn=65081411 1 oem dg";
size_t pos1 = url.find("://");
if (pos1 != bit::string::npos)
{
bit::string protocol = url.substr(0, pos1);
cout << protocol.c_str() << endl;
}
size_t pos2 = url.find('/', pos1 + 3);
if (pos2 != bit::string::npos)
{
bit::string domain = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
bit::string uri = url.substr(pos2 + 1);
cout << domain.c_str() << endl;
cout << uri.c_str() << endl;
}
}
void test_string5()
{
/*std::string s("hello world");
s.resize(8);
cout << s.c_str() << endl;
s.resize(13, 'x');
cout << s.c_str() << endl;
s.resize(20, 'y');
cout << s.c_str() << endl;*/
std::string s("hello world");
s.resize(8);
cout << s << endl;
s.resize(13, 'x');
cout << s << endl;
s.resize(20, 'y');
cout << s << endl;
bit::string ss("hello world");
ss += '\0';
ss += "!!!!!!!!!";
cout << ss.c_str() << endl;
cout << ss << endl;
bit::string copy(ss);
cout << ss << endl;
cout << copy << endl;
ss += "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx";
cout << ss << endl;
}
void test_string6()
{
bit::string s;
cin >> s;
cout << s << endl;
cout << s.find("world") << endl;
bit::string s1 = s.substr(5);
cout << s1 << endl;
}
void test_string7()
{
bit::string s1("hello world");
bit::string::reverse_iterator rit1 = s1.rbegin();
while (rit1 != s1.rend())
{
cout << *rit1 << " ";
rit1++;
}
cout << endl;
//bit::string s1("hello ");
// bit::string::iterator rit1 = s1.begin();
// int i = 1;
// while (rit1 != s1.end())
// {
// cout << *rit1 << " ";
// while(i > 0)
// {
// s1.append("world");
// rit1 = rit1 - (rit1 - s1.begin()); // 根据迭代器失效后的偏移量重新获取正确的迭代器
// i--;
// }
// rit1++;
// }
// cout << endl;
/*string s2("hello world");
string::reverse_iterator rit2 = s2.rbegin();
while (rit2 != s2.rend())
{
cout << *rit2 << " ";
rit2++;
}*/
}
int main()
{
test_string7();
return 0;
}2.代码解析
3.迭代器失效问题
注：string的扩容和删除数据都会使迭代器失效，需要注意的是，当使用erase函数删除字符时，之前获取的迭代器可能会变得无效。因为erase函数可能会改变字符串的大小和字符的位置，从而改变迭代器所指向的位置。为确保安全地使用迭代器，建议在使用erase函数之后重新获取迭代器，或者使用迭代器的返回值来确保迭代器的有效性。扩容是因为进行了异地扩容导致迭代器失效。
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