【C++】string类

啊QQQQQ

发布于 2024-11-19 19:09:49

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文章被收录于专栏：C++C++

为什么要学习string类

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 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。

标准库中的string类

string

string类的文档介绍 https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string

1. 字符串是表示字符序列的类

2. 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。

3. 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) 。

4. 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_t raits

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) 。

5. 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。

常用接口说明

string类对象的常见构造

string() （重点）： 构造空的 string 类对象，即空字符串

string(const char* s) （重点）：用 C-string 来构造 string 类对象

string(size_t n, char c) ： string 类对象中包含 n 个字符 c

string(const string&s) （重点）： 拷贝构造函数

void Teststring()
{
 string s1; // 构造空的string类对象s1
 string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
 string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

string类对象的容量操作

size （重点）： 返回字符串有效字符长度

length ： 返回字符串有效字符长度

capacity ： 返回空间总大小

empty （重点）： 检测字符串释放为空串，是返回 true ，否则返回 false

clear （重点）： 清空有效字符

reserve （重点）： 为字符串预留空间 * *

resize （重点）： 将有效字符的个数该成 n 个，多出的空间用字符 c 填充

注意：

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，不改变底层空间大小。

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 0 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。

string类对象的访问及遍历操作

operator[] （重点）：返回 pos 位置的字符， const string 类对象调用

begin + end ： begin 获取一个字符的迭代器 + end 获取最后一个字符下一个位置的迭 代器

rbegin + rend ： begin 获取一个字符的迭代器 + end 获取最后一个字符下一个位置的迭代器

范围 for ： C++11 支持更简洁的范围 for 的新遍历方式

string类对象的修改操作

push_back ： 在字符串后尾插字符 c

append ： 在字符串后追加一个字符串

operator+= ( 重点 ) ： 在字符串后追加字符串 str

c_str ( 重点 ) ：返回 C 格式字符串

find + npos ( 重点 ) ： 从字符串 pos 位置开始往后找字符 c ，返回该字符在字符串中的位置

rfind ： 从字符串 pos 位置开始往前找字符 c ，返回该字符在字符串中的位置

substr ： 在 str 中从 pos 位置开始，截取 n 个字符，然后将其返回

注意：

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。

string类非成员函数

operator+ ： 尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低

operator>> （重点）：输入运算符重载

operator<< （重点）：输出运算符重载

getline （重点）：获取一行字符串

relational operators （重点）：大小比较

上面的几个接口大家了解一下，下面的 OJ 题目中会有一些体现他们的使用。 string 类中还有一些其他的操作，这里不一一列举，大家在需要用到时不明白了查文档即可。

string类的模拟实现

string类问题

上面已经对 string 类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让学生自己来模拟实现string 类，最主要是实现 string 类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。大家看下以下string 类的实现是否有问题？

// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:
	/*String()
 :_str(new char[1])
 {*_str = '\0';}
 */
 //String(const char* str = "\0") 错误示范
 //String(const char* str = nullptr) 错误示范
	String(const char* str = "")
	{
		// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		}
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	}
	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}
private:
	char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
	String s1("hello bit!!!");
	String s2(s1);
}

说明：上述 String 类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用 s1 构造 s2 时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是， s1 、 s2 共用同一块内存空间，在释放时同一块 空间被释放多次而引起程序崩溃 ，这种拷贝方式，称为浅拷贝

浅拷贝

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来 。如果 对象中管理资源 ，最后就会 导致多个对象共 享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为 还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规 。

可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即： 每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享 。

深拷贝

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。

传统的string类

class String
{
public:
	String(const char* str = "")
	{
		// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		}
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	}
	String(const String& s)
		: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
	{
		strcpy(_str, s._str);
	}
	String& operator=(const String& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
			strcpy(pStr, s._str);
			delete[] _str;
			_str = pStr;
		}
		return *this;
	}
	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}
private:
	char* _str;
};

现代的string类

class String
{
public:
	String(const char* str = "")
	{
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		}
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	}
	String(const String& s)
		: _str(nullptr)
	{
		String strTmp(s._str);
		swap(_str, strTmp._str);
	}
	// 对比下和上面的赋值那个实现比较好？
	String& operator=(String s)
	{
		swap(_str, s._str);
		return *this;
	}
	/*
	String& operator=(const String& s)
	{
	if(this != &s)
	{
	String strTmp(s);
	swap(_str, strTmp._str);
	}
	 return *this;
 }
 */
	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}
private:
	char* _str;
};

写实拷贝

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。

引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成 1 ，每增加一个对象使用该资源，就计数增加1 ，当某个对象被销毁时，先给该计数减 1 ，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为 1 ，说明对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。

string类的模拟实现

#pragma once

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include<iostream>
#include<assert.h>

using namespace std;

namespace bit
{
	class string
	{

	public:
		friend ostream& operator <<(ostream& out, string& str);
		friend istream& operator>>(istream& in, string& str);
		typedef char* iterator;//模拟迭代器 
		typedef const char* const_iterator;//不可以修改指向的值      

		iterator begin();//头部迭代器       
		iterator  end();   //尾部迭代器  

		string();
		string(const char*  str);//构造函数
	    string(const string& s);//拷贝构造函数(深拷贝)
		~string();//析构函数

		const char* c_str() const; 

		size_t size()const ;
		size_t capacity() const ;  


		char& operator [](size_t pos);    //返回非常量字符串的字符
		const char& operator[](size_t pos)const;    //返回常量字符串的字符   

		void reserve(size_t n);//改变容量大小
		void push_back(char ch);//插入一个字符
		void append(const char* str);//追加字符串

		string& operator+=(char ch);
		string& operator+=(const char* str);

		size_t find(const char& ch);   
		size_t find(const char* sub, size_t pos);
		void insert(size_t pos, char ch);
		void insert(size_t pos, const char* str);
		void erase(size_t pos, size_t len); 
		
		string& operator =(const string& s); 

		void swap(string &str); 

		void clear(); 

		string substr(size_t pos , size_t len);

		bool operator<(string& str);    
		bool operator ==(string& str);   
		bool operator >(string& str);   
		bool operator <=(string& str);   
		bool operator >=(string& str);    

		//输入流和提取流

		

	private:
		char* _str;
		size_t  _size;
		size_t _capacity;
		const static size_t npos;//只有整形可以给缺省值//为什么要用const static                
	};


}


#include"string.h"

namespace bit
{
	string::iterator string ::begin()//头部迭代器         
	{
		return _str;  
	}
	string::iterator  string ::end()  //尾部迭代器   
	{
		return _str + _size;        
	}
	string ::~string()//析构函数  
	{
		delete[] _str;
		_str = nullptr;
		_size = _capacity = 0; 
	} 
	string::string()
	{
		_str = new char[5];
		_capacity = 5; 
		_size = 0;   
	}
	string::string(const char* str)//构造函数  
	{
		_str = new char[(strlen(str) + 1)];   
		strcpy(_str, str);            
		int len = strlen(str);
		_size += len;   
		_capacity = len + 1;
	}
	string::string(const string& s)//拷贝构造函数
	{
		_str = new char[s._capacity+1];  
		memcpy(_str,s._str,sizeof(char)*(s._size+1));      
	//	strcpy(_str, s._str);   //将所有的字符都拷贝过去
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity; 
	}
	const char* string::c_str() const//返回字符串
	{
		return _str;       
	}
	size_t string ::size()const //返回元素个数
	{
		return _size;    
	}
	size_t string :: capacity() const 
	{
		return _capacity;
	}
	char&string :: operator [](size_t pos)    //返回非常量字符串的字符
	{
		assert(pos < _size);
		return _str[pos]; 
	} 
	const char& string ::operator[](size_t pos)const    //返回常量字符串的字符   
	{
		assert(pos < _size);
		return _str[pos];        
	}
	
	void string::reserve(size_t  n)//改变容量
	{
		if (n > _capacity)
		{
			char* tmp = new char[n ];
			strcpy(tmp, _str);
			delete _str;
			_str = tmp;
			_capacity = n;
		}
	}

	void string::push_back(char ch)//插入字符
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;
			reserve(newcapacity);
		}
		_str[_size++] = ch;
		_str[_size] = '\0';
	}

	void string::append(const char* str)//追加字符串
	{
		size_t len = strlen(str);   
		//size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(_size + len+1);  
		}
		strcpy(_str + _size, str);
		_size += len;                       
	}

	string& string ::operator+=(char ch)//追加字符
	{
		push_back(ch);
		return *this;      
	}

	string& string ::operator+=(const char* str)//追加字符串                
	{
		append(str);
		return *this;    
	}

	size_t string :: find(const char& ch)   //查找字符的下标
	{
		for (int i = 0; i < _size; ++i)
		{
			if (_str[i] == ch)
				return i; 
		}
		return -1;   
	}
	size_t string::find(const char* sub, size_t pos) //查找子串的头下标
	{
		const char* p = strstr(_str + pos, sub); //strstr返回的是指向子串的指针
		return p - _str; //指针减指针     
	}
	void string ::insert(size_t pos, char ch)//在指定位置插入一个字符
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;     
			reserve(newcapacity);   
		}
		for (int i = _size; i >= (int)pos; i--)//全部向后移动 
		{
			_str[i + 1] = _str[i];   
		}  
		_str[pos] = ch;    
	}

	void string ::insert(size_t pos, const char* str)//在指定位置插入一段字符串
	{
		size_t len = strlen(str);  
		if (pos + len >= _capacity)
			reserve(_capacity + len);
		memcpy(_str + pos, str, len); 
	}

	void string :: erase(size_t pos, size_t len)//删除指定位置的字符
	{
		assert(pos < _size);
		if (pos + len >= _size)
		{
			//全部删除完
			_str[pos] = '\0';
			_size = pos; 
		}
		else
		{
			strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
			_size -= len;   
		}
	}
	string& string ::operator = (const string& str)//赋值运算符
	{
		if (this != &str)
		{
			char* tmp = new char[str._capacity];
			strcpy(tmp, str._str);
			delete _str;
			_str = tmp;
			return *this;                              
		}
		else
			return *this; 
	}

	string string::substr(size_t pos , size_t len)//返回子串
	{
		if (len > _size - pos)
		{
			string sub(_str + pos);//拷贝构造函数
			return sub;     
		}
		else
		{
			string sub;
			sub.reserve(len); 
			for (size_t i = 0; i < len; i++)
			{
				sub += _str[i+pos];                                                          
			}
			return sub; 
		}
	}

	void string::clear()  
	{
		memset(_str, '\0', _size);    
	}

	void string ::swap(string& str)//交换
	{
		std::swap(_str, str._str);  
		std::swap(_size, str._size);
		std::swap(_capacity, str._capacity);
	}

	bool string ::operator<(string& str)
	{
		return strcmp(_str, str._str) < 1;
	}
	bool string ::operator >(string& str) 
	{
		return strcmp(_str, str._str) > 1;
	}
	bool string ::operator == (string& str)
	{
		return strcmp(_str, str._str) == 1;
	}
	bool string ::operator <=(string& str)
	{
		return !(strcmp(_str, str._str) > 1);   
	}
	bool string ::operator >=(string& str)
	{
		return !(strcmp(_str, str._str) < 1);
	}

	istream& operator >>(istream& is, string& str)
	{
		str.clear();   
		is >> str._str;             
		str._size = strlen(str._str);  
		str._capacity = str._size + 1;   
		return is;  
	}


	ostream& operator <<(ostream& out, string& str)
	{
		out << str._str;     
		return out;    
	}
}

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原始发表：2024-07-20，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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