C++STL之string類的使用

1.STL簡介

（1）什麼是STL

STL(standard template libaray-標準模板庫)：是C++標準庫的重要組成部分，不僅是一個可複用的元件庫，而且是一個包羅資料結構與演演算法的軟體框架。
可以理解為就是一個類似stdio.h的庫，包含了這個庫，裡面的語法或者函數可以直接使用。

（2）STL的版本

最原始的版本是由Alexander Stepanov和Meng Lee開發的，並且他們要求對其進行開源處理。之後又經歷了PJ.版本，RW版本，SGI版本等，目前SGI版本最應用最廣泛的版本，我們後面學習STL要閱讀部分原始碼，主要參考這一版本。

總結一下目前開源與閉源的作業系統或者軟體：

開源：STL，linux，git，Vue
閉源：IOS，Windows

（3）如何學習STL

第一境界：熟練使用STL。

第二境界：瞭解STL的原始碼，即瞭解底層。

第三境界：會自己擴充STL庫。

廢話不多說，正式進入主題：

（4）STL的六大元件

STL有六大組成部分，我們會來逐一學習：

首先我們來學習容器中的string類。

2.string類的基本概念

（1）含義

string類，顧名思義是進行字串操作的一個類，操作方式即使用其中的成員函數來進行操作。

（2）使用方法

#include<string>
using namespace std;

string也是在類域std中的，我們在練習時也可以將類域std開啟。

（3）原理

通過查閱文獻，我們發現string類原來是typedef出來的，是對basic_string這一模板傳入char型別時起的別名。這一模板的定義方式大概是這樣的：

template<class T>
class basic_string
{
private:
T* _str;
//....
}

有人會問為什麼要使用模板呢？字串型別除了char還有別的嘛？

其實字元型別除了char之外還有別的型別，比如wchar_t就佔兩個位元組。我們儲存漢字一般會使用兩個位元組來進行儲存。所以對於兩位元組儲存的字元再使用basic_string傳入wchar_t起別名的話就方便的多了。

注意：string類中傳入的是char，上面只作瞭解即可。

3.string類中常見建構函式

建構函式即用於初始化。

1.string()：構造空的string類物件str，即空字串。

2.string (const char* s)：向物件中傳入字串來構造string物件。

3.string(size_t n,char c)：string類物件中包含n個字元c。

4.string(const string&s)：拷貝建構函式。

    string s1;//空字串s1。
	string s2("hello world");//向s2中傳入hello world。
	string s3(s2, 2, 6);//向s3中傳入s2中從第二個開始（不包括第二個）後六個字元。當最後不加數值時（即不加6），則會取後面的全部字元。
	string s4(s2);//用s2對s4進行初始化。
	cout << s1 << endl;//過載運運算元，可以直接列印s1物件的字串內容。
	cout << s2 << endl;
	cout << s3 << endl;
	cout << s4 << endl;

4.string類中解構函式

自動呼叫，不用管。

5.string類物件的容量操作

1.size：返回有效字元長度。

2.length：返回字串的有效字元長度。是一個歷史殘留問題。

3.capacity：返回空間總大小。

4.empty：檢測字串是否為空，是返回true，不是返回false

5.clear：清空有效字元。

6.reserve：為字串預留空間。

7.resize：將有效字元改成n個，多出的用字元C填充。

（1）顯示容量

    string s1("hello world");
	cout << s1.size() << endl;//輸出字串大小，不包括''
	cout << s1.length() << endl;//輸出字串大小，不包括''
	cout << s1.capacity() << endl;//輸出空間總大小
	s1.clear();//清空有效字串
	cout << s1 << endl;

（2）擴容

擴容一般使用兩種函數，reserve與resize。reserve主要為開空間，而resize在開空間的同時還會進行初始化。

string s1("hello world");
cout << s1.capacity() << endl;
s1.reserve(100);
cout << s1.capacity() << endl;

列印的結果是：

通過列印我們發現，reserve擴充套件的空間是在原有字串大小基礎上擴充套件的，而不是在原有容量的基礎上。

string s1("hello world");
s1.resize(100,'x');

我們可以通過偵錯來觀察這段程式碼的效果：

我們發現hello world並沒有被覆蓋，最大空間變成了111和reserve一樣。但是，x只有89個，一共增加了100-11個x，但是在hello world後面增加了100個空間。

如果我們開闢的空間小於字串本身呢？s1.resize(5)表示的是隻保留前五個字元大小。

6.string類中operator[]過載

（1）舉例

我們可以使用s1[i]來進行字元的讀或者寫的操作。

     string s1("hello world");
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";//s1[i]進行讀操作
		s1[i] += 1;
	}
	cout << endl;
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";//s1[i]進行寫操作
	}

（2）底層實現

char& operator[](size_t pos)
{
      return _str[pos];//返回pos位置所在的字元
}

注意，這裡使用參照返回不是為了減少拷貝，這裡是為了修改返回物件。

at也是和operator[]一樣，但是檢測越界的方法不同，operator[]使用斷言，at直接拋異常。

7.string類與迭代器

（1）舉例

在剛開始使用迭代器時，我們可以把它想象成一個指標型別。

    string s1("hello world");
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

其中it就是一個迭代器型別的變數，由於函數iterator在類內，因此在使用時需要首先指明類域。

我們仍然使用解除參照操作符來進行類似解除參照的操作。我們同樣也可以通過*來對字串的內容進行修改，對這段程式碼列印的結果是：

（2）反向迭代器

反向迭代器使用函數reverse_iterator

    string s1("hello world");
	string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
	while (rit != s1.rend())
	{
		cout << *rit;
		++rit;
	}

列印的結果是剛好反過來的：

注意：我們定義反向迭代器rit之後，在進行遍歷時雖然是從後向前遍歷，但是仍需要對rit進行++操作。

（3）使用迭代的意義

迭代的意義主要體現在和[]進行對比，有人可能認為既然可以用下標直接參照，為什麼還要使用迭代器呢？

這是因為對於string來說，下標和[]就足夠好用，可以不使用迭代器，但是對於其他容器，比如list map/set等不支援下標加[]遍歷，比如對於連結串列來說，由於實體記憶體不連續所以不能使用下標來進行遍歷。

除了普通迭代器之外，還有const修飾的迭代器等等。後面會詳細說明的。

（4）補充：語法糖實現遍歷

除了使用迭代器遍歷之外，我們還可以使用語法糖來進行遍歷操作：

    string s1("hello world");
	for (auto& e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}

範圍for會把s1中的每一個字元取出來賦值給e（使用參照則為它本身），自動往後迭代，自動判斷結束。

8.string類物件的增刪操作

push back：在字串後尾插字元c

append：在字串後追加一個字串

operator+=：在字串後追加字串str

c str：返回C格式字串

find+nops：從字串pos位置開始往後找字元c，返回該字元再字串中的位置。

rfind：從字串中pos位置開始往前找字元c，返回該字元再字串中的位置。

substr：在str中從pos位置開始，擷取n個字元，然後將其返回。

（1）增刪

    string s1("hello world");
	s1.push_back('a');//在末尾插入字元a
	cout << s1 << endl;
	s1.append("bcd");//在末尾插入字串bcd
	cout << s1 << endl;
	s1 += 'e';//在末尾插入字元e
	cout << s1 << endl;
	s1 += "hello linux";//在末尾插入字串hello linux
	cout << s1 << endl;

注意：推薦直接使用操作符過載進行增刪操作。

（2）查與匹配

下面是一段字串擷取的程式碼，擷取字尾.txt：

    string file("test.txt");
	size_t pos = file.find('.');//返回第一次匹配'.'的位置
	if (pos != string::npos)
	{
		string suffix = file.substr(pos, file.size() - pos);//將.之後的內容賦值給suffix
		cout << suffix << endl;
	}

find會返回第一次出現匹配的位置，如果匹配失敗會返回nops（無符號-1，表示一個極大的數）。

substr是字串擷取函數，意思是擷取pos位置與file.size()-pos位置的字串。

同上，我們也可以使用rfind進行倒著查詢。

這裡再舉一個擷取網址的例子：

我們都知道網址分為三部分：協定，域名與網路路徑。下面使用find與substr來進行擷取操作。

    string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
	size_t pos1 = url.find(':');
	string protocol = url.substr(0, pos1 - 0);
	cout << protocol << endl;
	size_t pos2 = url.find('/', pos1 + 3);//從pos+3的位置開始找
	string domain = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
	cout << domain << endl;
	string uri = url.substr(pos2 + 1);//沒指定結尾位置，預設為整個後面內容
	cout << uri << endl;

列印的結果為：

9.string類中自定義插入與刪除（效率低，不建議使用）

使用insert與erase兩函數進行操作：

    string s("hello world");
	s.insert(0, 1, 'x');//在0位置插入一個1
	s.insert(s.begin(), 'y');//在頭處插入一個y
	s.insert(0, "test");//在頭處插入test
	s.insert(4, "&&");//在第四個位置插入特殊符號
	s.erase(0, 1);//刪除頭處第一個字元
	s.erase(s.size() - 1, 1);//尾刪一個字元
	cout << s << endl;

列印的結果為：

在使用erase時，如果不給值的話，會繼續刪完。

儘量少使用頭部和中間的刪除，因為要挪動資料，效率較低。

10.string類字串的比較

和C語言中strcmp一樣，string類也有對字串的比較，不過是通過運運算元過載。

    string s1("hello world");
	string s2("string");
	cout << (s1 < s2) << endl;
	cout << ("hhh" > s2) << endl;

注意我們可以使用兩種方式來說進行字串比較，一種是s1<s2，另一種是直接進行比較。

與strcmp原理一樣，會從兩個字串起始位置開始比較，如果為真則返回1，如果為假返回0。

11.string類字串的轉換

我們使用stoi（string to int）來將字串轉為整型，使用to_string來將其他型別轉換為字串。

    int val = stoi("1234");
	string str = to_string(3.14);

我們可以通過偵錯來觀察轉換是否成功：

可見，轉換很成功。

12.總結

string類是表示字串的字串類，在使用string類時必須包含標頭檔案，並開放std空間，在OJ中有關字串的題目基本以string類的形式出現，而且在常規工作中，為了簡單、方便、快捷，基本都會使用string類，很少有人去使用C庫中的字串操作函數。

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