C++——第四篇 string 深入剖析

创始人

2025-05-29 18:13:17

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一、标准库的string类

1. string类

2.string类的常用接口说明

2.1. string类对象的常见构造

2.2 string类对象的容量操作

2.3string类对象的访问及遍历操作

2.4 string类对象的修改操作

2.5 string类非成员函数

二、 string类的模拟实现

1.浅拷贝

2.深拷贝

3.写时拷贝

一、标准库的string类

1. string类

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_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。

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，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。
编码——值——符号建议映射关系——编码表
char str1[]="ja"; str1存的是ascii码

3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，

typedef basic_stringstring;

4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

2.string类的常用接口说明

2.1. string类对象的常见构造

函数名称 —— 功能说明
string() —— 构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s) —— 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) —— 拷贝构造函数

2.2 string类对象的容量操作

size —— 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 —— 检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false
clear —— 清空有效字符
reserve —— 为字符串预留空间**
resize —— 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：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出

void Test()
{string s("hello, bit!!!");cout << s.size() << endl; cout << s.length() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl;// 将s中的字符串清空，注意清空时只是将size清0，不改变底层空间的大小s.clear();cout << s.size() << endl;//改变cout << s.capacity() << endl;//不变// 将s中有效字符个数增加到10个，多出位置用'a'进行填充// “aaaaaaaaaa”s.resize(10, 'a');cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 将s中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行填充// "aaaaaaaaaa\0\0\0\0\0"// 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个s.resize(15);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;cout << s << endl;// 将s中有效字符个数缩小到5个s.resize(5);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//不变cout << s << endl;
}

运行一下看看：

void Test()
{string s;// 测试reserve是否会改变string中有效元素个数s.reserve(100);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;// 测试reserve参数小于string的底层空间大小时，是否会将空间缩小s.reserve(50);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;
}

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。

2.3string类对象的访问及遍历操作

operator[] ——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

//1. for + operator[]
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)cout << s[i] << endl;// 2.迭代器
string::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{cout << *it << endl;++it;
}
string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
while (rit != s.rend())
cout << *rit << endl;// 3.范围for
for (auto ch : s)cout << ch << endl;

2.4 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+= —— 在字符串后追加字符串str
c_str —— 返回C格式字符串
find + npos —— 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

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。

2.5 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>> —— 输入运算符重载
operator<< —— 输出运算符重载
getline —— 获取一行字符串，直到 \0。cin>>line,它遇到空格就结束了
relational operators —— 大小比较

二、 string类的模拟实现

1.浅拷贝

void Teststring()
{string s1("hello!!");string s2(s1);
}

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。

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。要解决浅拷贝问题，C++中引入了深拷贝。

2.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。

class string
{
public:string(const char* str = ""){if (nullptr == str)str = "";_str = new char[strlen(str) + 1];strcpy(_str, str);}string(const string& s): _str(nullptr){string strTmp(s._str);swap(_str, strTmp._str);}string& operator=(string s){swap(_str, s._str);return *this;}~string(){if (_str){delete[] _str;_str = nullptr;}}
private:char* _str;
};