C++ 之 string类 详细讲解

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目录

一、为什么要学习string类

二、标准库中的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

2.3 string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

3.vs和g++下string结构的说明

4.浅拷贝和深拷贝讲解

5.写时拷贝（了解）

三、完结撒❀

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一、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 （面向对象开发）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。

常见面试题

比如：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，很少人去使用C库字符串中的操作函数。

二、标准库中的string类

1.string类

string类的文档介绍

在使用string类时，必须包含#include<iostream>头文件以及using namespace std。

大家可以看一下上面string类的文档，简单学习一下string类的各种接口的作用和用法等等，不要抗拒英文文档，阅读英文文档是程序员必修课之一，下面我们只讲解标准库中string类的常用接口说明。

2.string类的常用接口说明

2.1 string类对象的常见构造

constructor函数名称	功能说明
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

使用举例：

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}

2.2 string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
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	返回空间大小
empty(重点)	检测字符串是否释放为空串，是返回true，否则返回false
clear(重点)	清空有效字符
reserve(重点)	为字符串开辟空间
resize(重点)	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c进行填充

对于上面每个string容量相关使用方法在相应文档中就有很详细明确的使用举例，大家可以在文档中学习如何使用。

比如size：

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，因为在size()出现之前都用的是length(),现在一般情况下都是用size().

2.clear()只是将string中的有效字符清空，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开辟空间，比改变有效元素个数，当reserve的参数小于string的底层总空间大小时，reserve不会改变容量空间大小。

2.3 string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
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

使用可以看文档中的举例

2.4 string类对象的修改操作

函数名称	功能说明
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)	在字符串后追加一个字符串
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，返回该字符串在字符串中的位置
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

大家要有能力阅读英文文档学习，使用举例在所给文档里面就有😘

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把空间开辟好。

2.5 string类非成员函数

函数	功能说明
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，可获取空格‘ ’
relational operators	大小比较

上面的几个接口大家了解一下，在以后写相关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，大家在需要时不明白查文档即可。

3.vs和g++下string结构的说明

~ VS下的string的结构

string在VS上面总共占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，使用内部固定空间字符数组来存放（在VS中string类内部有开辟出来一个固定长度16的字符串）。

   ●   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 one    value_type _Buf[_BUF_SIZE];    pointer _Ptr;    char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing} _Bx;

这种设计肯定有它的好处，大多数情况下字符串长度都小于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，该空间是在栈上所开，不需要再通过堆创建，效率高。

空间总量中，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

还有一个指针做一些其他的事情。

故总共占有16+4+4+4=28个字节。

上图了解即可。

~ g++下string的构造

G++下string是通过写时拷贝（讲解在下面）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。

4.浅拷贝和深拷贝讲解

~ 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。

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。

~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。

深拷贝代码举例：
 

string (const string& s){_str = new char[s._capacity+1];//完成深拷贝strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}

简单来说，浅拷贝就是两个对象存储共用了同一块空间，而深拷贝就是两个对象存储用了两个不同的空间。

5.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该资源，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，说明该对象是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。

当要修改该对象时，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者直接修改即可，如果计数大于1，那么就需要拷贝出一块新空间再进行修改，这就叫写时拷贝。

三、完结撒❀

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最后我想讲的是，据说点赞的都能找到漂亮女朋友❤

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