string类详解

1.为什么要学习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。

2.标准库的string类

2.1string介绍

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，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. 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;

2.2 string类的常用接口说明

2.2.1常见构造

例子如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	//string的常见构造函数

	//1
	string s1;


	//2
	string s2 = "abcde";

	//3
	string s3(5, 'x');

	//4
	string s4(s3);
   
}

2.2.2. string类对象的容量操作

注意事项：

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()。size会显示有效字符个数，不包含最后的\0,capacity也是显示有效空间大小，不包含最后的\0.

2. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。clear后size()变为0,capcity()不变。

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。

n>capacity:扩容加尾插，容量变大

size<n<capacity:尾插，容量不变

n<size:size变小，容量不变

4. reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，即为不改变size，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。

int main()
{
	//string的常见构造函数
	//1
	string s1;


	//2
	string s2 = "abcde";

	//3
	string s3(5, 'x');

	//4
	string s4(s3);

	//string容量和大小测试
	cout <<"最开始s1的size:		"<< s1.size() <<"	最开始s1的capacity:" << s1.capacity()<<endl;

	s1.reserve(20);
	cout << "reserve(20)后s1的size:  " << s1.size() << "	reserve(20)后s1的capacity:" << s1.capacity() << endl;

	s1.resize(10);
	cout << "resize(10)后s1的size:  " << s1.size() << "	resize(10)后s1的capacity:" << s1.capacity() << endl;

	s1.clear();
	cout << "clear后s1的size:  " << s1.size() << "	clear后s1的capacity:" << s1.capacity() << endl;

	return 0;
   
}

最后，以上代码的运行结果是：

2.2.3. string类对象的访问及遍历操作

上面的调用都重载了两个版本，一个是给const string对象使用的，不能修改s[i]的值，一个是给普通string对象用的，可以随意修改。

void test2()
{
	string s1("abcdef");
	s1[0] = 'g';
	const string s2("ABCDEF"); //  报错
	s2[0] = 'G';
	
}

上面代码中s2就是一个const对象，他的调用返回了const char的引用类型，因此不能修改，会报错，表中方法其余几个也是这样。

string中迭代器实际是一个char *的指针，在内部typedef一下。

如下：

class string
{
        public:
        typedef char* iterator;
        typedef const char* const_iterator;
}

而我们对其遍历操作如下：

    string str = "hello word";
	string::iterator it = str.begin();//得到一个指向首元素的指针
	while (it != str.end())//str.end()得到一个指向'\0'的指针
	{
		cout << *it << endl;
		it++;
	}
//  顺序打印hello world

str.begin返回一个指向字符串头的指针，end方法返回指向字符串结尾的/0的指针。

而反向遍历的方法如下：

	string str = "hello word";
	string::reverse_iterator it = str.rbegin();//得到一个指向最后一个有效元素的指针
	while (it != str.rend())//str.rend()得到一个指向首元素前一个的指针
	{
		cout << *it << endl;
		it++;
	}
//   逆序打印hello world

其需要用到反向迭代器，同时其++其实指针是往后走的。

而范围for中遍历：

string str = "hello word";
for (auto e : str)
{
    cout << e << endl;
}
//顺序打印hello world

范围for的底层是傻瓜式的替换这个代码为正向迭代器，然后进行正向迭代器的遍历。

2.2.4. string类对象的修改操作

其中前三个为一组，push_back可以往后面加一个字符，append可以加入字符串或者string类型，而我们常用的是+=,可以在字符串结尾加入单个字符或者字符串。

c_str是返回string的const char*形式，为了支持string到const char*的转换，在使用C语言的一些函数时候会更加的方便。

find匹配字符和字符串在原来string中出现的第一个位置,当找不到时返回-1. rfind则是从后往前查找，我们还可以传入参数pos指定从哪个位置开始往前查找

void test()
{
	string s("abcdef");
	size_t i = s.find("bcf");
	cout << i << endl;  //i为1，第二个位置完全匹配，返回第二个位置的下标
}

substr（size_t pos = 0, size_t len = npos）返回一个新构造的字符串，第一个参数是开始位置，第二个参数是构造新字符串的长度。

2.2.5. string类非成员函数

前面三个都是运算符重载，我们可以便捷的使用string,getline是从缓冲区提取一行字符到string类型变量中，最后一个是==，！=，>这些运算符的重载，也比较简单。

2.2.6. vs和g++下string结构

下述结构是在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

先是一个虚基类指针：4个字节.

再是有一个联合体，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15（数组尾部存储一个\0字符）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。故其一共16个字节.

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

union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger one
    value_type _Buf[_BUF_SIZE];   // 16字节缓冲区，当string长度小于15，用这个字符数组保存string
    pointer _Ptr;
    char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

最后还有一个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。

一共就是4+16+4+4=28.,所以我们vs平台下我们sizeof一个string对象的大小是28

而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：

1.空间总大小? ? ? ? 2.字符串有效长度? ? ? ? 3.引用计数 ????????4.指向堆空间的指针，用来存储字符串

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

所以我们linux平台下gcc编译器我们sizeof一个string对象的大小是4.

还有一些关于string中拷贝的话题，等string模拟实现时再讲。