C++初阶：初识STL、String类接口详细讲解（万字解析）

1.STL介绍

1.1概念（标准模板库）

STL (standard template libaray - 标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架

1.2版本问题（主流有4个）

• 原始版本 Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。
• P. J. 版本 由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改
• RW版本 由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。
• SGI版本 由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程 风格上看，阅读性非常高。后面学习STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本

1.3 STL六大组件

1. 容器（Containers）：STL提供了多种容器，包括数组（vector）、链表（list）、双端队列（deque）、集合（set）、映射（map）等。这些容器提供了不同的数据结构，以满足各种不同的需求。
2. 算法（Algorithms）：STL包含了大量的常用算法，如排序、查找、遍历等，这些算法可以用于各种容器，使得对数据的处理变得非常方便。
3. 迭代器（Iterators）：迭代器是STL中用于遍历容器中元素的工具，它提供了一种统一的访问容器元素的方式，使得算法能够适用于不同类型的容器。
4. 仿函数（Functors）：仿函数是一种类对象，它重载了函数调用操作符()，使得可以像函数一样调用这个类对象。STL中的很多算法都可以接受仿函数作为参数，以实现更加灵活的功能。
5. 适配器（Adapters）：STL提供了一些适配器，如栈（stack）、队列（queue）、优先队列（priority_queue），它们是基于其他容器实现的高层次数据结构，提供了特定的操作接口。
6. 分配器（Allocators）：分配器用于管理内存分配和释放，STL提供了一些标准的分配器，同时也允许用户定义自己的分配器，以满足特定的内存管理需求。

2.string类的基本介绍

在 C 语言中，字符串是以 null 结尾的字符数组，需要手动管理内存和处理字符串操作。string.h 头文件提供了一系列库函数，如 strlen、strcpy、strcat 等，用于对字符串进行操作。但是这些函数的确与字符串是分离的，需要手动管理内存，容易出现越界访问等问题。 而在 C++ 标准库中，提供了 std::string 类，它封装了字符串的操作，提供了丰富的成员函数和运算符重载，使得字符串的操作更加方便和安全。std::string 类封装了字符串数据和长度，隐藏了内存管理的细节，提供了自动扩容、内存管理、异常安全性等功能，大大简化了字符串的操作

总结：

• string是表示字符串的字符串类
• 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 实际上，std::string 是 C++ 标准库中的一部分，而 STL（标准模板库）是 C++ 标准库的子集，但是由于它和其他 STL 容器（如 std::vector、std::list）有着相似的使用方式，因此可以将其放在一起学习和使用（出现了.length()和.size()计算长度的原因，一个是自带的，一个是为了与其他容器相配）
• string在底层实际是：basic_string模板类的别名 typedef basic_string<char, char_traits, allocator> string，是 basic_string 类模板使用字符类型 char 实例化得到的一个类

• 我们使用string进行实例化时不用显示实例化，因为本身就是basic_string<char>

3. string类对象的构造(构造函数)

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	string s1;
	string s2("abcd");
	string s3(5, 'c');
	string s4(s2);
	cout << s1 << endl;
	cout << s2 << endl;
	cout << s3 << endl;
	cout << s4 << endl;
	return 0;
}

4.访问及遍历操作

4.1operator[ ] （[ ]加下标）

重载了下标操作符 []，使得可以像访问数组一样使用下标来访问字符串中的单个字符，同时我们要注意返回值是char&，我们也可以进行更改等其他操作。

int main()
{
	string s1 = "abcde";//拷贝构造
	for (int i = 0; i < s1.size(); ++i)//进行遍历
	{
		cout << s1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	//进行更改
	s1[0] = '1';
	cout << s1;
	return 0;
}

4.2基于范围for

int main()
{
	string s1 = "abcde";//拷贝构造
	for (auto e: s1)//只能遍历
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	for (auto& e : s1)//想要改变，加&
	{
		e = 'a';
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

4.3使用迭代器(最推荐使用)

在 C++ 标准库中，std::string 类提供了迭代器，用于遍历字符串中的字符。std::string 类的迭代器类型为 std::string::iterator，它是随机访问迭代器，支持随机访问操作(还没有正式讲到它，大家现在就把他当指针)

int main()
{
	string s1 = "abcde";//拷贝构造
	string::iterator it = s1.begin();//迭代器1.大多数的数据结构都有，但是[]不是都有的
	//2. 迭代器能跟算法一起用，下面就是结合了reverse的使用
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	return 0;
}

我们还是更倾向于使用迭代器：

1. 大多数的数据结构都有，但是[]不是都有的

• • 而且使用[]要求物理底层是连续的

1. 迭代器能跟算法一起用，下面给大家看看结合了reverse()(逆置)的使用

int main()
{
	string s1 = "abcde";//拷贝构造
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	reverse(s1.begin(), s1.end());//开始翻转
	it = s1.begin();
	while (it != s1.end())//再次打印
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	list<double> l1;//定义一个链表来说明，迭代器两个特点
	l1.push_back(1.1);
	l1.push_back(2.2);
	l1.push_back(3.3);	
	list<double>::iterator lit=l1.begin();
	while (lit != l1.end())
	{
		cout << *lit << " ";
		lit++;
	}
	cout << endl;
	reverse(l1.begin(), l1.end());
	lit = l1.begin();
	while (lit != l1.end())
	{
		cout << *lit << " ";
		lit++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

5.string的迭代器（Iterator）

5.1介绍

迭代器是一种数据类型。在C++中，迭代器实际上是一种对象，它被设计用于在容器中进行元素的遍历和访问。迭代器为程序员提供了一种抽象的方式来访问容器中的元素，而不用关心容器的底层实现细节

std::string 类提供了多种类型的迭代器，包括正向迭代器（iterator）、常量正向迭代器（const_iterator）、反向迭代器（reverse_iterator）和常量反向迭代器（const_reverse_iterator）

1. 正向迭代器（iterator）：std::string::iterator 类型是用于遍历可修改字符串的迭代器，可以通过 begin() 和 end() 方法获取范围
2. 常量正向迭代器（const_iterator）：std::string::const_iterator 类型是用于遍历不可修改字符串的迭代器，可以通过 begin() 和 end() 方法获取范围。
3. 反向迭代器（reverse_iterator）：std::string::reverse_iterator 类型是用于以反向顺序遍历可修改字符串的迭代器，可以通过 rbegin() 和 rend() 方法获取范围
4. 常量反向迭代器（const_reverse_iterator）：std::string::const_reverse_iterator 类型是用于以反向顺序遍历不可修改字符串的迭代器，可以通过 crbegin() 和 crend() 方法获取范围

反向用的少点

5.2 begin（）和end（）（正向和常正向）

begin()返回指向容器中第一个元素的迭代器 这是一个重载：

• iterator begin(); 用于非常量对象，它返回一个迭代器，可以用于修改容器中的元素（可读可写）。
• const_iterator begin() const; 用于常量对象，它返回一个常量迭代器，用于指向容器中的元素，不允许修改容器中的元素（只读）

int main()
{
	string s = "abcde";
	const string cs = "abc";
	string::iterator it = s.begin();//会去找最适合的，string::const_iterator it = s.begin();可以
    //还是，权限不能放大，只能缩小
	string::const_iterator cit = cs.begin();//用string::iterator cit = cs.begin();会报错
	return 0;
}

end()用于返回指向容器中最后一个元素之后位置的迭代器 也是两个重载，与begin（）一样

5.3rbegin（）和rend（）（反向和常反向）

rbegin 函数返回一个反向迭代器，指向容器中最后一个元素。反向迭代器允许从容器的末尾向前遍历容器中的元素。 rend 函数返回一个反向迭代器，指向容器中第一个元素之前的位置。通常用于标记反向遍历的结束位置。 这两个也都有重载两个：反向和常量反向

所以也能看到：后面四个虽然是c11新加的东西，但是没人用

6.string类对象的容量操作

6.1size和length

二者作用其实完全相同: 返回字符串有效字符长度 为什么有两个也是历史原因了.这里推荐大家经常用size（），好与后面联系起来

int main()
{
	string s1("abcde");
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.length() << endl;
	return 0;
}

6.2capacity

capacity() 是 C++ 中 std::string 类的一个成员函数，用于返回当前字符串对象分配的存储空间大小（即容量）。字符串对象的容量指的是在不重新分配内存的情况下，字符串可以存储的最大字符数

• 函数： size_t capacity() const noexcept;
• 返回值： 一个无符号整数，表示当前字符串对象分配的存储空间大小。
• 注意事项：
  • capacity() 返回的是字符串对象分配的总空间，而不是当前字符串的实际长度。
  • 在执行字符串操作后，capacity() 返回的值可能会大于 size() 返回的值，因为 size() 表示实际存储的字符数，而 capacity() 表示分配的总空间

int main()
{
	string s1("abcde");
	cout << s1.size() << endl;
	cout << s1.capacity() << endl;
	return 0;
}

6.3 reserve和rsize

1. reserve()：

• • 函数： void reserve(size_t n);
• • 功能说明： 用于为字符串预留至少 n 个字符的存储空间，即提前分配足够的空间，但并不改变字符串的实际大小。如果 n 大于当前容量，reserve 可能导致内存重新分配，否则，它只是更新容量而无需重新分配内存
• 注意事项：
  • reserve 不影响字符串的实际大小，即 size() 的值不会改变。
  • 如果 n 大于当前容量，reserve 可能会导致重新分配内存，但并不会初始化新分配的部分

• n 大于原字符串的 capacity，此时 reserve 函数会将 capacity 扩容到 n；
• n 小于等于原字符串的 capacity(会不会缩容，看不同编译器的具体实现)

1. resize：
   • 函数签名： void resize(size_t n, char c = char());或者void resize (size_t n);
   • 功能说明： 将字符串的大小调整为 n，并根据需要插入或删除字符，使得字符串的实际大小等于 n。如果 n 小于当前大小，多余的字符将被删除；如果 n 大于当前大小，字符串将被扩展，并使用字符 c 填充新增的部分; 要是不写就是null characters（\0）

• 注意事项：
  • resize 会修改字符串的实际大小，即 size() 的值会变为 n。(可以缩小，同时也删除了)
  • 如果 n 大于当前大小，新增的部分将用字符 c 填充；要是不写就是null characters（\0）

• n 小于原字符串的 size，此时 resize 函数会将原字符串的 size 改为 n，也会改变字符串（删除），但不会改变 capacity
• n 大于原字符串的 size，但小于其 capacity，此时 resize 函数会将 size 后面的空间全部设置为字符 c
• n 大于原字符串的 capacity，此时 resize 函数会将原字符串扩容，然后将size 后面的空间全部设置为字符 c

int main()
{
	string s1("abcde");
	s1.resize(10);
	cout << s1.capacity() << endl;
	cout << s1 << endl;
	s1.resize(3);
	cout << s1.capacity() << endl;
	cout << s1 << endl;
	return 0;
}

7.string类对象的修改操作(+=，insert，erase)

7.1重载的+=（最常用的尾插）

• 函数： string& operator+=(const string& str);
• 功能说明： 用于将当前字符串与另一字符串 str 进行连接，即将 str 的内容附加到当前字符串的末尾

int main()
{
	string s1("abcde");
	s1 += "111";
	cout << s1 << endl;
	return 0;
}

7.2insert（效率不是很好）

前者是，在pos这个下标前插入str字符串 后者是，在pos下标前插入n个c

int main()
{
	string s1 = "abc";
	cout << s1 << endl;
	s1.insert(0, "111");//0前面不就相当于头插嘛
	cout << s1 << endl;
	s1.insert(0, 2, 'x');
	cout << s1 << endl;
	return 0;
}

7.3 erase(任意位置删除)

删除从下标pos处开始算起的len个字符

int main()
{
	string s1 = "abc";
	cout << s1 << endl;
	s1.insert(0, "111");//0前面不就相当于头插嘛
	cout << s1 << endl;
	s1.insert(0, 2, 'x');
	cout << s1 << endl;
	s1.erase(0, 5);//从0处，删除5个
	cout << s1 << endl;
	return 0;
}

补充：npos

npos 是 C++ 中 std::string 类的一个静态成员变量，表示无效或不存在的位置。通常用于标识字符串查找等操作未找到匹配项的情况。npos 的类型是 size_t，它是一个无符号整数类型

8.String operations函数（find，rfind，substr）

8.1find

find 用于返回 一个字符或一个字符数组或一个string对象 在 string 中首次出现的位置(返回下标)，如果找不到就返回 npos

8.2rfind

整体跟find类似。从后往前找，找到一个字符或一个字符数组或一个string对象最后一次出现的位置，如果找不到就返回 npos

8.3substr（截取字符串）

从pos处开始截取len长度（默认的话，截取到最后）

int main()
{
	string s1("test.c");
	//得到文件后缀
	size_t pos1 = s1.find('.');
	if (pos1 != string::npos)
	{
		string ret1 = s1.substr(pos1);
		cout << ret1 << endl;
	}
	//如果文件名含有  . 怎么办
	string s2("te.st.c");
	size_t pos2 = s2.rfind('.');
	if (pos2 != string::npos)
	{
		string ret2 = s2.substr(pos2);
		cout << ret2 << endl;
	}
	return 0;
}

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