C++string类

1.为什么学习string类？

1.1C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

1.2面试题

字符串相加

在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单，方便，快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数

2.标准库中的string类

2.1string类（了解）

string类的文档介绍

• 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_traits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（如长度和大小）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

总结：

• 1.string是表示字符串的字符串类
  2.该类的接口与常规容器的接口基本相同，在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，tyoedef basic_string<char,char_traits,allocator>string
  4.不能操作多字节或者变长字符的序列
  在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

2.2string类的常用接口说明（下面是一些常用接口）

1.string类对象的常见构造

void Teststring()
{string s1; // 构造空的string类对象s1string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

2.string类对象的容量操作

注：

• 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，reserve不会改变容量大小

3.string类对象的访问即遍历操作

4.string类对象的修改操作

注：

• 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个字符，可以先通过reserve把空间预留好

5.string类非成员函数

6.vs和g++下string结构的说明

注意：下书结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节

• VS下string的结构
• string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字符串的存储空间
  • 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
  • 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间

union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger onevalue_type _Buf[_BUF_SIZE];pointer _Ptr;char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高
其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量
最后：还有一个指针做一些其他事情

故总共占16+4+4+4＝28个字节

• g++下string的结构
  G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段
• 空间总大小
• 字符串有效长度
• 引用计数

struct _Rep_base
{size_type _M_length;size_type _M_capacity;_Atomic_word _M_refcount;
};

• 指向堆空间的指针，用来存储字符串

7.牛刀小试
仅仅反转字母

class Solution {
public:bool isLetter(char ch){if(ch >= 'a' && ch <= 'z')return true;if(ch >= 'A' && ch <= 'Z')return true;return false;}string reverseOnlyLetters(string S) {if(S.empty())return S;size_t begin = 0, end = S.size()-1;while(begin < end){while(begin < end && !isLetter(S[begin]))++begin;while(begin < end && !isLetter(S[end]))--end;swap(S[begin], S[end]);++begin;--end;}return S;}};

找字符串中第一个只出现一次的字符

class Solution {
public:int firstUniqChar(string s) {// 统计每个字符出现的次数int count[256] = {0};int size = s.size();for(int i = 0; i < size; ++i)count[s[i]] += 1;// 按照字符次序从前往后找只出现一次的字符for(int i = 0; i < size; ++i)if(1 == count[s[i]])return i;return -1;}
};

字符串里面最后一个单词的长度–课堂练习

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{string line;// 不要使用cin>>line,因为会它遇到空格就结束了// while(cin>>line)while(getline(cin, line)){size_t pos = line.rfind(' ');cout<<line.size()-pos-1<<endl;}return 0;
}

验证一个字符串是否是回文

class Solution {
public:bool isLetterOrNumber(char ch)
{return (ch >= '0' && ch <= '9')|| (ch >= 'a' && ch <= 'z')|| (ch >= 'A' && ch <= 'Z');}bool isPalindrome(string s) {// 先小写字母转换成大写，再进行判断for(auto& ch : s){if(ch >= 'a' && ch <= 'z')ch -= 32;}int begin = 0, end = s.size()-1;while(begin < end){while(begin < end && !isLetterOrNumber(s[begin]))++begin;while(begin < end && !isLetterOrNumber(s[end]))--end;if(s[begin] != s[end]){return false;}else{++begin;--end;}[添加链接描述](https://leetcode.cn/problems/add-strings/)}return true;}
};

字符串相加

class Solution {
public:string addstrings(string num1, string num2) 
{// 从后往前相加，相加的结果到字符串可以使用insert头插// 或者+=尾插以后再reverse过来int end1 = num1.size()-1;int end2 = num2.size()-1;int value1 = 0, value2 = 0, next = 0;string addret;while(end1 >= 0 || end2 >= 0){if(end1 >= 0)value1 = num1[end1--]-'0';elsevalue1 = 0;if(end2 >= 0)value2 = num2[end2--]-'0';elsevalue2 = 0;int valueret = value1 + value2 + next;if(valueret > 9){next = 1;valueret -= 10;}else{next = 0;}//addret.insert(addret.begin(), valueret+'0');addret += (valueret+'0');}if(next == 1){//addret.insert(addret.begin(), '1');addret += '1';}reverse(addret.begin(), addret.end());return addret;}
};

翻转字符串II：区间部分翻转
翻转字符串III：翻转字符串中的单词
字符串相乘述
找出字符串中第一个只出现一次的字符

3.string类的模拟实现

3.1经典的string 类问题

下面的string类实现是否有问题

// 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类没有显示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

3.2浅拷贝

浅拷贝:也称为位拷贝，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行操作时，就会发生访问违规
就像一个家庭中有两个孩子，但父母只买了一份玩具，两个孩子愿意一块玩，则万事大吉，万一不想分享就
你争我夺，玩具损坏。

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。父母给每个孩
子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了

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，父母给每个孩子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了

3.3深拷贝

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

3.3.1传统版写法的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;
};

3 3.2现代版写法的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;
};

3.3写时拷贝(了解)

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资源，就给计数增加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，说明该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
写时拷贝
写时拷贝在读取是的缺陷

3.4string类的模拟实现

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include <iostream>
using namespace std;
#include <assert.h>namespace bit
{class string{public:typedef char* iterator;public:string(const char* str = ""){_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}string(const string& s): _str(nullptr), _size(0), _capacity(0){string tmp(s._str);this->swap(tmp);}string& operator=(string s){this->swap(s);return *this;}~string(){if (_str){delete[] _str;_str = nullptr;}}/// iteratoriterator begin() { return _str; }iterator end() { return _str + _size; }/// modifyvoid push_back(char c){if (_size == _capacity)reserve(_capacity * 2);_str[_size++] = c;_str[_size] = '\0';}string& operator+=(char c){push_back(c);return *this;}// 作业实现void append(const char* str);string& operator+=(const char* str);void clear(){_size = 0;_str[_size] = '\0';}void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}const char* c_str()const{return _str;}/// capacitysize_t size()const{return _size;}size_t capacity()const{return _capacity;}bool empty()const{return 0 == _size;}void resize(size_t newSize, char c = '\0'){if (newSize > _size){// 如果newSize大于底层空间大小，则需要重新开辟空间if (newSize > _capacity){reserve(newSize);}memset(_str + _size, c, newSize - _size);}_size = newSize;_str[newSize] = '\0';}void reserve(size_t newCapacity){// 如果新容量大于旧容量，则开辟空间if (newCapacity > _capacity){char* str = new char[newCapacity + 1];strcpy(str, _str);// 释放原来旧空间,然后使用新空间delete[] _str;_str = str;_capacity = newCapacity;}}// accesschar& operator[](size_t index){assert(index < _size);return _str[index];}const char& operator[](size_t index)const{assert(index < _size);return _str[index];}// 作业bool operator<(const string& s);bool operator<=(const string& s);bool operator>(const string& s);bool operator>=(const string& s);bool operator==(const string& s);bool operator!=(const string& s);// 返回c在string中第一次出现的位置size_t find(char c, size_t pos = 0) const;// 返回子串s在string中第一次出现的位置size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const;// 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置string& insert(size_t pos, char c);string& insert(size_t pos, const char* str);// 删除pos位置上的元素，并返回该元素的下一个位置string& erase(size_t pos, size_t len);private:friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const bit::string& s);friend istream& operator>>(istream& _cin, bit::string& s);private:char* _str;size_t _capacity;size_t _size;};ostream& operator<<(ostream& _cout, const bit::string& s){// 不能使用这个, 因为string的字符串内部可能会包含\0// 直接cout时, 是将_str当成char*打印的，遇到内部的\0时后序内容就不打印了//cout << s._str;for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i){_cout << s[i];}return _cout;}
}///对自定义的string类进行测试
void TestBitstring()
{bit::string s1("hello");s1.push_back(' ');s1.push_back('b');s1.push_back('i');s1 += 't';cout << s1 << endl;cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl;// 利用迭代器打印string中的元素bit::string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()){cout << *it;++it;}cout << endl;// 这里可以看到一个类只要支持的基本的iterator，就支持范围forfor (auto ch : s1)cout << ch;cout << endl;
}

4.拓展阅读

面试中string的一种正确写法述
STL中的string类怎么了？