【STL专题】深入探索C++之std::string：不止于字符串【万字详解】

CILMY23

已于 2024-07-18 14:45:55 修改

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言 STL标准模板库 string类容器

于 2024-05-24 11:00:27 首次发布

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🏆本篇主题为：深入探索C++之std::string：不止于字符串

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✨写在前头：

了解完模板和STL后，我们要开始研究std命名空间中的string，作为我们STL学习的开端，string对我们重新认识C语言中的字符串有很大意义。在上文中我们说过容器（Containers），容器是用来存储数据的对象，如数组、链表、树结构等。STL提供了多种类型的容器，本期我们将了解string类，虽然string并没有被归为容器，但它也和容器类似。

🎈size（⭐），length，capacity，max_size

🌼operator<< 和 operator>>

三、string类的接口一览图

string

一、string的前瞻

1.1 C语言中的字符串

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（面向对象编程）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。

我写C语言字符串系列篇的时候还是深有体会的，稍不留神就越界访问导致出错，有时候还难排查出来。

1.2 string的基本概念

string 类是 C++ 标准库中的一部分，它提供了对字符序列的封装，使得字符序列的操作变得既简单又安全。

☄️☄️文档阅读

我们来看看文档是怎么说的：文档的阅读网站我放在了文章末尾，在这里我分了两部分的文档基本阅读

🍀🍀图一：

🍀🍀图二：

☄️☄️信息翻译

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(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。
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)。
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;

二、string类的常用接口

💫String 类的默认成员函数

string的默认成员函数我们在这里主要看以下三部分：

🍃构造函数（⭐）

进入构造函数的文档界面，我们看到有七个构造函数，其中重点掌握的，也是最常用的，我在图片中已经标出来了。剩下的了解就差不多了。

在这里我们要了解第三个，前面两个很容易理解，但是第三个是什么呢？npos又是什么呢？

我们来看声明和定义，文档在底下给了我们的定义

string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos)

解析我在图片中标出来了，大家可以研究研究。

substring constructor是指字串构造。

现在主要的问题是 npos 是个什么东西？文档给我们提供了链接，我们可以点击查看(链接)

这里一看我们就知道了，原来 npos 是 size_t (无符号整数)的最大值，这就涉及原码反码和补码了（不懂的小伙伴可以看看链接）。

-1 的补码是32个1，也就是2的32次方-1，但是string构造函数并不会开到这么多空间，所以就只会判定拷贝直到str的末尾。

🍭🍭实际操作

写了这么多，我们来实际操作一下。在vs 2019上对这几个构造函数进行使用：记得包含头文件<string>

string s0;
string s1("CILMY23");
string s2(s1,2,3);
string s3(s2);//拷贝构造
string s4(s1, 3, string::npos);//从第三个位置开始，拷贝到str字符串末尾
string s5(10, '*');
string s6("CILMY23", 2);

结果如下：

🍃析构函数

对析构函数我们不必关注太多，稍微看看就行

在学习的时候，我们知道析构函数的功能即可

🍃赋值运算符重载

在这里赋值运算符重载主要给了三种方式

这三种方式的实操如下：

🍭🍭实际操作

string s7;

s7 = s2; //将s2拷贝给s7
s7 = "CILNY23";//将常量字符串赋值给s7
s7 = '*';//将单字符*赋值给s7

结果如下：

赋值运算符重载用的最多的还是前两种，一般第三种还是挺少用的。

💫String 类的容量操作

string 的容量操作一共有以下操作：

我们重点学习：size，empty，clear，reserve，resize

🎈size（⭐），length，capacity，max_size

在string类中，size和length是一样的，都是返回字符串的长度。，它们表示的是字符串中，有效字符的个数，而capacity表示的是容量,max_size，它返回 string 类型对象最多包含的字符数。也就是string类型支持的最大字符数，超过这个数，将无法支持，编译器会拋出 length_error 异常。

我们知道在字符串的末尾是有\0的，在这里是不计入size和length的。

为什么这里会相同呢？

这就不得不提及STL和String的先后问题了，其实是String比STL先出现的，所以String在刚刚的网站中我们是在Container中是找不到String的，但是它跟容器差不多，所以就增加了一个size接口，起初最先我们使用的是length，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()。

说完了size和length，我们接下来看看capacity

capacity返回的是开辟空间的大小，它是一个const成员函数，this指针指向的内容是不可以改变的，它和size是不一样的，有可能等于size，也可能比size还多

我们可以看一下在vs上它是如何扩容的，

size_t sz = s1.capacity();
int n;
for (n = 0; n < 1000; n++)
{
	s1.push_back('*');

	if (sz != s1.capacity())
	{
		sz = s1.capacity();
		cout << "capacity changed->" << s1.capacity() << endl;
	}
		
}

结果如下：

我们可以看到它的扩容机制大概是按1.5倍来扩容的

而g++底下的扩容机制是按照两倍扩容的。

所以说具体的这些细节，是不确定的。

🍭🍭实际操作

string s1("hello CILMY23");

cout << s1.size() << endl;
cout << s1.length() << endl;
cout << s1.capacity() << endl;
cout << s1.max_size() << endl;
cout << s1.npos << endl;

结果如下：