C++效率掌握之STL库：string函数全解

从本篇开始将开启C++里的STL库专题，网上有句话说：“不懂STL，不要说你会C++”。STL是C++中的优秀作品，有了它的陪伴，许多底层的数据结构以及算法都不需要自己重新造轮子，站在前人的肩膀上，健步如飞的快速开发

1.为什么要学习string？什么是string？

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

因此创建了string类，比STL库还要早出现，所以有一定的缺陷和冗余

string的主要特征可总结为：

1. 字符串是表示字符序列的类
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. 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

2.string类对象的常见构造

string作为一个类也有构造函数，析构函数，=运算符重载，我们重点介绍构造函数里的功能

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	string s0("Initial string");

	string s1;
	string s2(s0);
	string s3(s0, 8, 3);
	string s4("Hello");
	string s5("Best wish!", 4);
	string s6a(10, 'x');
	string s6b(10, 42);      // *的ASCII值是42
	string s7(s0.begin(), s0.begin() + 7);

	cout << "s1: " << s1 << "\ns2: " << s2 << "\ns3: " << s3;
	cout << "\ns4: " << s4 << "\ns5: " << s5 << "\ns6a: " << s6a;
	cout << "\ns6b: " << s6b << "\ns7: " << s7 << '\n';
	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

3.string类对象的容量操作

通常在C语言阶段，想要知道字符串的长度，或者对其大小容量进行操作，都要自己手撕函数，不仅耗时还费力，所以string提供了现成的函数

🔥值得注意的是：

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，即大小size缩为 0 ，不改变底层空间大小，即容量 capacity 不改变
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) 用空格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

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	string str("Hello World!");
	cout << "size:" << str.size() << endl;
	cout << "lenth:" << str.length() << endl;
	cout << "max_size:" << str.max_size() << endl;
	cout << "capacity:" << str.capacity() << endl;

	str.reserve(100);
	cout << "reserve:" << str.capacity() << endl;

	str.resize(17, '*');
	cout << "resize:" << str << endl;

	str.shrink_to_fit();
	cout << "shrink_to_fit:" << str.capacity() << endl;

	str.clear();
	cout << "clear:" << str << endl;

	cout << "empty:" << str.empty() << endl;

	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

4.string类对象的迭代器

迭代器（Iterator）是一种强大的抽象概念，它提供了一种统一的方式来访问和操作容器（如 string、vector 等）中的元素，简单来说就是提供了另一种遍历修改数据的方法

🔥值得注意的是： 定义开头变量前的类型，可以用 auto 代替自动推导，避免了很长的类型，比如后续学习 map 的迭代器类型是这样的 std::map< std::string,std::string >::iterator ，就很有必要用 auto

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	string str("Hello World!");

	string::iterator it1 = str.begin();
	while (it1 != str.end())
	{
		cout << *it1 << ' ';
		it1++;
	}
	cout << endl;

	string::reverse_iterator it2 = str.rbegin();
	while (it2 != str.rend())
	{
		cout << *it2 << ' ';
		it2++;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

5.string类对象的元素访问

string 的元素访问提供了能够像数组那样自由访问字符串中的数组的函数，极大的提高了字符修改的效率

🔥值得注意的是： at 用于访问指定位置元素的成员函数。与 operator[ ] 不同的是，at 会进行边界检查，如果传入的索引超出容器的有效范围，会抛出 std::out_of_range 异常

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	string str("Hello World!");

	cout << "operator[ ]:" << str[11] << endl;
	cout << "at:" << str.at(10) << endl;
	cout << "back:" << (str.back() = '~') << ' ' << str << endl;
	cout << "front:" << (str.front() = 'h') << ' ' << str << endl;

	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

6.string类对象的元素修改

string 还提供了 一系列像修改链表那样能够修改字符串的函数

🔥值得注意的是：

1. 在 string 尾部追加字符时，s.push_back(c) / 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，还可以连接字符串
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

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	string str;

	cout << "operator+=:" << (str += "hello") << endl;
	cout << "append:" << str.append(" world") << endl;

	str.push_back('!');
	cout << "push_back:" << str << endl;

	str.assign("new word");
	cout << "assign:" << str << endl;

	str.insert(8, "!!!");
	cout << "insert:" << str << endl;

	str.erase(8, 3);
	cout << "erase:" << str << endl;

	str.replace(0, 3, "fashion");
	cout << "replace:" << str << endl;
 
	string tmp("happy day!");
	swap(tmp, str);
	cout << "swap:" << str << endl;

	str.pop_back();
	cout << "pop_back:" << str << endl;
	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

7.string类对象的查找、提取、对比

string 也提供了一些查找、提取、对比的函数，分配器(allocator)是标准库中一个重要的组件，它将内存分配和对象构造分离，使得容器的内存管理更加灵活

🔥值得注意的是：

1. c_str() 返回的是一个 const char* 类型的指针，这意味着不能通过该指针修改其所指向的字符串内容
2. 从 C++11 开始，string::data() 和 string::c_str() 的行为基本一致，都会返回一个以 '\0' 结尾的字符数组指针
3. 对于 copy，目标字符数组必须有足够的空间来容纳要复制的字符，并且需要手动添加字符串结束符以形成有效的 C 风格字符串
4. find系列没找到就返回npos
5. 对于 compare，逐个比较，如果当前字符串小于比较对象，返回一个负整数；如果当前字符串等于比较对象，返回 0 ；如果当前字符串大于比较对象，返回一个正整数

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
using namespace std;

int main()
{
	string str("Hello World");

	const char* str1 = str.c_str();
	printf("c_str:%s\n", str1);
	
	const char* str2 = str.data();
	printf("data:%s\n", str2);

	char buffer[10];
	str.copy(buffer, 5, 0);
	buffer[5] = '\0';
	cout << "copy:" << buffer << endl;

	string subStr = "World";
	int pos1 = str.find(subStr);
	cout << "find:" << pos1 << endl;

	int pos2 = str.rfind('h');
	cout << "rfind:" << pos2 << endl;

	int pos3 = str.find_first_of(subStr);
	cout << "find_first_of:" << pos3 << endl;

	int pos4 = str.find_last_of(subStr);
	cout << "find_last_of:" << pos4 << endl;

	int pos5 = str.find_first_not_of(subStr);
	cout << "find_first_not_of:" << pos5 << endl;

	int pos6 = str.find_last_not_of(subStr);
	cout << "find_last_not_of:" << pos6 << endl;

	string Substr = str.substr(0, 5);
	cout << "substr:" << Substr << endl;

	cout << "compare:" << str.compare(subStr);
	
	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

8.string类的非成员函数及npos

正是有了非成员函数，才能实现大小交换、自定义交换、输出输入等操作，npos 也提供了一种特殊表达方式

🔥值得注意的是：

1. npos 值为 -1 ，被定义为 size_t 类型的最大值。-1 原码为 1000 ... 0001 ，补码则为1111 ... 1111 ，但赋给 size_t 时，符号位就用不了了，所以整个补码就为 size_t 能表示的最大值表示查找操作失败或者某个位置不存在
2. string 中 operator+ 尽量少用，因为传值返回，导致效率低
3. 当使用 >> 读取字符串时，它会在遇到空白字符（如空格、制表符、换行符等）时停止读取；getline 函数会读取输入流中的一行文本，直到遇到换行符为止，也就是遇到空格不会停止

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
	string str1("Hello ");
	string str2("World");
	cout << "npos:" << str1.npos << endl;
	cout << "operator+:" << (str1 + str2) << endl;
	cout << "relational operators:" << (str1 < str2) << endl;
	
	swap(str1, str2);
	cout << "swap:" << str1 << " " << str2 << endl;

	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

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