【C++闯关笔记】STL：string的学习和使用（万字精讲）

系列文章目录

第零篇：从C到C++入门：C++有而C语言没有的基础知识总结-CSDN博客

第一篇：【C++闯关笔记】封装①：类与对象-CSDN博客

第二篇：【C++闯关笔记】封装②：友元与模板-CSDN博客

第三篇：【C++闯关笔记】STL：string的学习和使用（万字精讲）-CSDN博客

目录

系列文章目录

前言

一、什么是string类？

二、使用string：string类的常用函数

1.创建string对象

2.修改string对象

3.遍历string对象

1）operator[ ]

2）迭代器遍历

3）范围for

4.string类对象容量相关函数

5.其他常用函数

1.查找字符或字符串：find和rfind

2.截取子字符串：substr

3.返回C格式字符串：c_str

4.获取一行字符：getline

三、模拟实现string

1.private成员

2.构造函数与析构函数

2.修改类函数

3.遍历类函数

4.其他常用函数

完整代码

总结

前言

什么是STL？

STL是C++标准库的重要组成部分，是一个可复用的组件库，它里面包罗有众多数据结构与算法。STL由六大组件构成：容器、算法、迭代器、函数对象、适配器、内存分配器这 6 部分构成，其中容器与算法最为重要，后面 4 部分都是为它两服务的。这些组件相互协作，共同实现了STL的强大功能。

为什么要学习STL？

STL是C++中的优秀作品代表，如果能够熟练的使用STL乃至了解底层原理，那么许多底层的数据结构以及算法都不需要自己重新编码，可以直接复用前人的优秀成果，相当于站在巨人的肩膀上，大幅提升开发速度。

本系列将从STL的各个容器与算法着手，先详细介绍它们使用方法，然后通过自实现的方式理解它们的底层逻辑。

本文主要介绍string的学习与使用。

一、什么是string类？

在C语言中，字符串是char[ ]数组以'\0'结尾的一些字符的集合，C标准库有一些str系列的库函数专门用以操作这些字符串。 但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合C++面对对象的思想。

于是在C++中将原C语言中的字符串与相关函数并结合数据结构顺序表，将它们整合打造成为一个类——用以专门表示字符串的字符串类即string类，以便使用。

对于刚接触string的新人而言，可以将string先理解为一种特化的顺序表——专门为存储和操作字符数据而设计。结合数据结构顺序表的原理，先在脑海中有个大致的模型，之后在学习string相关接口时更加游刃有余。

string类与C语言的数组有什么区别？

①char s[ ]本质上还是数组，长度固定；string长度不限；

②string本质是类，其中包含有大量函数，方便操作；

③string中重载了如‘+’ ’>' '<"等符号，便于操作；

④可以将string理解为包含了大量函数的char s[ ]。

二、使用string：string类的常用函数

在使用string类时，必须包含#include<string>头文件以及using namespace std；

1.创建string对象

在日常编码中，我们常用到的四种方法创建string对象。

string类对象的常见构造函数

构造函数	功能说明
string()	构造空的string类对象，即空字符串
*string(const char s)**	用C语言的字符串来构造string类对象
string(size_t n, char c)	创建的string类对象中包含n个字符c
string(const string&s)	拷贝构造函数，将已有的对象拷贝给一个新的对象

示例

	string s1;string s2("hello String");string s3(7, 'a');string s4(s3);

解释：string s3（7，‘a')，这里将’a‘字符复制了7遍后存入字符串对象s3.

string的构造函数除了上述最常用的四种外还包括：

2.修改string对象

string类对象的常见修改函数

①增加类型函数

函数名称	功能说明
push_back('c')	在字符串后尾插字符c
appden(“字符串” )	在字符串末尾追加一个字符串
operator+=	将两个字符串合并

示例

int main()
{string s1("he");string s2("String");s1.push_back('l');s1.append("lo ");s1 += s2;cout << s1 << endl;//打印结果为“hello String”return 0;
}

②减删类型函数

函数名称	功能说明
pop_back( )	删除字符串末尾字符
erase(size_t pos，size_t n); erase(size_t pos)	从索引pos位置开始，往后删除n个字符(包括pos); 将pos位置及以后的字符删除。
clear( )	清空整个字符串

示例

int main()
{string s1("hello string");s1.pop_back();s1.erase(7, 4);s1.erase(5);s1.clear();return 0;
}

细节注意：

1.确保你的删除位置pos在 [0,size()] 范围内。

2.调用 pop_back() 之前，最好检查一下检查一下字符串是否为空 !str.empty( );

3.遍历string对象

string对象常用的遍历方法包括三种：

函数名称	功能说明
operator[pos ]	返回pos位置的字符
begin+end； rbegin+rend;	迭代器遍历
for(auto:str)	范围for

1）operator[ ]

string重载了[ ]，可以通过下标访问。

使用示例

2）迭代器遍历

这里的迭代器可以理解为封装过后的“指针”；

（1）正着遍历：begin+end

使用语法

string::iterator 变量名 = 对象.begin( );（end同理）

如
string::iterator it = s.begin();//iterator为关键字，it为变量名

使用示例

（2）反向遍历：rbegin+rend

使用语法

string::reverse_iterator 变量名 = 对象.rbegin( );(rend同理）

如
string::reverse_iterator rit = s.rbegin();//reverse_iterator为关键字

使用示例

3）范围for

语法

for(auto 变量名 : 对象)

auto，自动推测变量类型，中间由‘ ：’隔开

（这里简述auto与范围for，主要目的是能介绍这种遍历方法，有兴趣的读者可参看：）从C到C++入门：C++有而C语言没有的基础知识总结-CSDN博客

范围for的底层是由迭代器实现的。

使用示例

4.string类对象容量相关函数

函数名	功能
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( )	返回该对象占用空间大小
empty()	检测该string对象是否为空，是返回true，否则返回false
reserve(size_t n)	将字符串空间拓展为n
resize(size_t n,char c)	将有效字符的个数改成成n个，多出的空间用字符c填充

说明：

①size()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()；

②resize与reserve的核心区别

resize(n,c)：改变字符串的“逻辑长度” (即size())。 它会直接让你看到的字符串内容变长或变短。当 n 比目前字符串长度长时，多出空间用字符c填充；当 n 比目前字符串长度短时，会截取字符串长度至n。
reserve(n)：改变字符串的“总容量” (即capacity())。 它只是为你将来要放入的字符预先申请一大块内存（可能不会严格申请至 n 空间），但不会改变你当前看到的字符串内容。

使用示例

int main()
{string s("hello");cout <<s <<' ' << s.size() << ' ' << s.capacity() << endl;s.reserve(64);//将总空间大小拓展为64，多出的部分为空白；s.resize(32, 'a');//将实际使用空间拓展至32，多出部分填字符'a'；cout << s << ' ' << s.size() << ' ' << s.capacity() << endl;return 0;
}

陷阱注意

①reserve() 不会初始化内存

reserve（）只会申请空间，不会将申请出来的空间赋值。如果通过 [] 操作符访问 [size(), capacity()) 范围内的内存是未定义行为。

②reserve() 只增不减

reserve(n) 是将容量拓展至至少是 n。如果你传入一个比当前 capacity() 还小的值，是不会实现的。

③resize(n) 如果未指定初始化字符，则新添加的字符会被默认初始化为空字符 '\0'。

5.其他常用函数

1.查找字符或字符串：find和rfind

作用：在字符串中寻找带查找字符或字符串出现的位置，找到则返回其首下标，没有则返回-1。

使用方法：

s.find("你要找到字串"，pos)；pos，指从该位置往后找，若没有输入pos则默认从头开始找。

s.rfind("你要找到字串"，pos)；pos是指从该位置往前找，若没有输入pos则默认从头开始找。

示例：

注意：若没有输入pos，则find默认从首字符开始找；rfind从尾字符开始找。

2.截取子字符串：substr

作用：截取子字符串，当长度超过原字符串时，截取已有剩余的全部字符。

使用方法：

s.substr(pos,len);len是你要截取的长度，若不给len，则默认从pos位置取完剩下的。

示例：

3.返回C格式字符串：c_str

为了保持与C语言的兼容性，c_str函数便孕育而出了。

作用：返回一个指向当前字符串内容的、以空字符 '\0' 结尾的 C风格字符串（即 const char*）。

使用方法：

const char *s =对象.c_str();

示例：

4.获取一行字符：getline

在平常通过 cin 输入字符串时，如果遇到空格就会停止输入，如

int main()
{string s;//输入“hello world”；cin >> s;//只打印出“hello”cout << s << endl;return 0;
}

getline函数的作用就是将一整行输入都存入字符串。

使用方法：

getline(cin,string对象);//注意getline并非string类的成员函数！

示例

三、模拟实现string

1.private成员

类似于数据结构顺序表：

char* _s用于存储字符串；

size_t _capacity表示在堆上申请的空间数量；

size_t _size表示实际使用了多少空间。

size_t 可以看成没有负数的int型。

namespace karsen
{class string{private:size_t _size;size_t _capacity;char* _s;};
}

2.构造函数与析构函数

两种构造函数以实现：①空对象；②括号内赋初值；③创建的string类对象中包含n个字符c。

以及拷贝构造函数，析构函数。

注意：

①new 与 delete，new[ ]与delete[ ]配合使用，否则无法正确释放空间。

②必须实现拷贝构造函数，因为默认拷贝构造是按字节拷贝的“浅拷贝”，他会将原对象的数据原模原样的拷贝进新对象，当析构函数释放空间时就会造成释放两次导致报错。

namespace karsen
{class string{public://传入字符串构建string(const char* s = nullptr){//空对象给它两个空间if (!s || s[0] == '\0'){_s = new char[2];_s[0] = '\0';_size = 0;_capacity = 2;return;}_size = strlen(s);_capacity = _size + 1;_s = new char[_size + 1];strcpy(_s, s);}//创建的string类对象中包含n个字符cstring(int n, char c){if (n > 0){_size = n;_s = new char[_size + 1];for (int i = 0; i < n; ++i)_s[i] = c;_s[_size] = '\0';}}string(const string& s){_size = s._size;_capacity = s._capacity + 1;_s = new char[_capacity];strcpy(_s, s._s);}~string(){delete[] _s;_size = _capacity = 0;_s = nullptr;}private:size_t _size;size_t _capacity;char* _s;};

2.修改类函数

注意在push_back中，当_size==_capacity-1时就要扩容，因为push之后需要设置_s[_size] = '\0';防止越界。

erase函数使用了函数重载，以满足在不传入参数二时的删除工作。

    	void push_back(char c){if (_size == _capacity-1){size_t newcapa = _capacity * 2;reserve(newcapa);}_s[_size++] = c;_s[_size] = '\0';}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){_capacity = n;char* news = new char[_capacity];strcpy(news, _s);delete[] _s;_s = news;}}void pop_back(){if (_size > 0){_size--;}}void append(const char* s){if (s){size_t len = strlen(s);size_t newsize = len + _size;if (newsize > _capacity){reserve(newsize);}strcpy(_s + _size, s);_size += len;//_s[_size] = '\0';//+=那可能用到}}string& operator+=(const char* s){append(s);return *this;}string& operator+=(const char s){push_back(s);return *this;}void erase(size_t pos){_size = pos;_s[_size] = '\0';}void erase(size_t pos, int n){if (n > 0){size_t end = pos + n;if (end < _size){while (end < _size){_s[pos++] = _s[end++];}_size = pos;_s[_size] = '\0';}else{erase(pos);}}else return;}void clear(){_size = 0;_s[_size] = '\0';}

3.遍历类函数

注意：范围for底层调用的是迭代器。

		char& operator[](size_t n){if (n < _size){return _s[n];}else{//越界抛异常throw std::out_of_range("Index out of range");}}//用于const型对象const char& operator[](int& n)const{if (n < _size){return _s[n];}else{//越界抛异常throw std::out_of_range("Index out of range");}}typedef char* iterator;//迭代器iterator begin(){return _s;}iterator end(){return _s + _size;}

4.其他常用函数

解释：

①resize分两大类：n是否大于capacity。在n小于capacity一类中又可分为：n是否大于size。

②通过重载find，以达到查找单个字符与字符串的目的。在第二个find函数中，利用指针变量本质存储的是地址数据且每个地址空间正好等于char大小，将前后地址相减取得间距。

③在substr函数的第一个if中，如果len的值没变还是-1，或者pos+len的大小超过实际对象中存储字符串的大小，那么将pos之后的字符串(_s+pos)传递给一个临时变量返回。

如果不满足第一个if，那么po与len之间一定在已有的数据中，将这些数据push进临时变量再返回。

注意：不要返回临时变量的引用。

		size_t size(){return _size;}size_t capacity(){return _capacity;}bool empty(){if (_size > 0)return true;else return false;}void resize(size_t n, char c){if (n > _capacity){reserve(n);}if (n > _size){while (_size < n){_s[_size++] = c;}}else{_size = n;_s[_size] = '\0';}}int find(const char a,int pos = 0){if (pos < 0 || pos > _size)return -1;for (int i = pos; i < _size; ++i){if (_s[i] == a)return i;}return -1;}int find(const char* a, int pos = 0){if (pos < 0 || pos > _size)return -1;const char* temp = strstr(_s + pos, a);if (!temp)return -1;else return (int)(temp - _s);}//会传下标int rfind(const char a, int pos){if (pos < 0 || pos > _size){return -1;}for (int i = pos; i > -1 ; --i){if (_s[i] == a)return i;}return -1;}//不会传下标int rfind(const char a, size_t pos = 1){pos = _size;for (size_t i = pos; i > -1; --i){if (_s[i] == a)return (int)i;}return -1;}const char* c_str(){return _s;}string substr(int pos, int len = -1){if (pos<0 || pos>_size)return nullptr;if (len == -1 || pos + len >=_size){string ret(_s + pos);return ret;}else{string ret;for (int i = pos; i < pos + len; ++i){if (i < _size)ret.push_back(_s[i]);else break;}return ret; }}//重载输入输出符std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s){out << s._s;return out;}std::istream& operator>>(std::istream& in, string& s){s.clear(); char c;while (in.get(c)){if (c == '\n' || c ==' ')break;s.push_back(c);}//在push_back中已经处理过了，这里就不用，也不能（越界）//s[s._size] = '\0';return in;}

完整代码

如果不需要namespace，可以直接将其中的代码复制到外部。

//#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS//这个宏用于去除vs编译器的不安全提醒
#pragma once
#include<iostream>namespace karsen
{typedef char* iterator;typedef char* reverse_iterator;class string{friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s);friend std::istream& operator>>(std::istream& in,string& s);public://传入字符串构建string(const char* s = nullptr){if (!s || s[0] == '\0'){_s = new char[2];_s[0] = '\0';_size = 0;_capacity = 2;return;}_size = strlen(s);_capacity = _size + 1;_s = new char[_size + 1];strcpy(_s, s);}//创建的string类对象中包含n个字符cstring(int n, char c){if (n > 0){_size = n;_s = new char[_size + 1];for (int i = 0; i < n; ++i)_s[i] = c;_s[_size] = '\0';}}string(const string& s){_size = s._size;_capacity = s._capacity + 1;_s = new char[_capacity];strcpy(_s, s._s);}void push_back(char c){if (_size == _capacity-1){size_t newcapa = _capacity * 2;reserve(newcapa);}_s[_size++] = c;_s[_size] = '\0';}void pop_back(){if (_size > 0){_size--;}}size_t size(){return _size;}size_t capacity(){return _capacity;}void append(const char* s){if (s){size_t len = strlen(s);size_t newsize = len + _size;if (newsize > _capacity){reserve(newsize);}strcpy(_s + _size, s);_size += len;//_s[_size] = '\0';//+=那可能用到}}string& operator+=(const char* s){append(s);return *this;}string& operator+=(const char s){push_back(s);return *this;}char& operator[](size_t n){if (n < _size){return _s[n];}else{//越界抛异常throw std::out_of_range("Index out of range");}}const char& operator[](int& n)const{if (n < _size){return _s[n];}else{//越界抛异常throw std::out_of_range("Index out of range");}}void erase(size_t pos){_size = pos;_s[_size] = '\0';}void erase(size_t pos, int n){if (n > 0){size_t end = pos + n;if (end < _size){while (end < _size){_s[pos++] = _s[end++];}_size = pos;_s[_size] = '\0';}else{erase(pos);}}else return;}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){_capacity = n;char* news = new char[_capacity];strcpy(news, _s);delete[] _s;_s = news;}}void clear(){_size = 0;_s[_size] = '\0';}//迭代器iterator begin(){return _s;}iterator end(){return _s + _size;}//方向迭代需要重载++变--//reverse_iterator rend()//{//	return _s;//}//reverse_iterator rbegin()//{//	return _s + _size-1;//}bool empty(){if (_size > 0)return true;else return false;}void resize(size_t n, char c){if (n > _capacity){reserve(n);}if (n > _size){while (_size < n){_s[_size++] = c;}}else{_size = n;_s[_size] = '\0';}}int find(const char a,int pos = 0){if (pos < 0 || pos > _size)return -1;for (int i = pos; i < _size; ++i){if (_s[i] == a)return i;}return -1;}int find(const char* a, int pos = 0){if (pos < 0 || pos > _size)return -1;const char* temp = strstr(_s + pos, a);if (!temp)return -1;else return (int)(temp - _s);}//会传下标int rfind(const char a, int pos){if (pos < 0 || pos > _size){return -1;}for (int i = pos; i > -1 ; --i){if (_s[i] == a)return i;}return -1;}//不会传下标int rfind(const char a, size_t pos = 1){pos = _size;for (size_t i = pos; i > -1; --i){if (_s[i] == a)return (int)i;}return -1;}const char* c_str(){return _s;}string substr(int pos, int len = -1){if (pos<0 || pos>_size)return nullptr;if (len == -1 || pos + len >=_size){string ret(_s + pos);return ret;}else{string ret;for (int i = pos; i < pos + len; ++i){if (i < _size)ret.push_back(_s[i]);else break;}return ret; }}~string(){delete[] _s;_size = _capacity = 0;_s = nullptr;}public://以下作为组件函数使用private:size_t _size;size_t _capacity;char* _s;};std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s){out << s._s;return out;}std::istream& operator>>(std::istream& in, string& s){s.clear(); char c;while (in.get(c)){if (c == '\n' || c ==' ')break;s.push_back(c);}//在push_back中已经处理过了，这里就不用，也不能（越界）//s[s._size] = '\0';return in;}}