C++从入门到起飞之——string类用法 全方位剖析！

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目录

1. 为什么学习string类？

1.1 C语言中的字符串

1.2 两个面试题(先不做讲解)

2. 标准库中的string类

2.1 string类(了解)

2.2 string类常用的构造函数

(1) 空字符串构造函数（默认构造函数）（重要）

(2)拷贝构造函数（重要）

 (3) substring（子串，子链） 构造函数

 (4) 常量字符串构造函数(重要)

(5) 拷贝字符串前n个构造函数

 (6) 填充构造函数

 2.3 string类可用的三种遍历方式

（1）下标访问遍历

（2）迭代器遍历（含4种迭代器用法详解）

（3）范围for遍历

2.4 string类的容量操作

1、max_size

2、resize （重点）

 3、reserve（重要）

4、clear（重要）

5、empty（重要）

 6、shrink_to_fit

（需要用到直接查文档即可（链接都在下面），这里标注了一些重要的常用的接口）

2.5 string类的修改操作

2.6 string类的查找操作

2.7 string类的非成员函数

3. auto关键字

4. vs和g++下string结构的说明 

4.1 vs下string的结构

4.2 g++下string的结构

5. 完结散花

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1. 为什么学习string类？

1.1 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。

1.2 两个面试题(先不做讲解)

>字符串转整形数字

>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

2.1 string类(了解)

>string类的文档介绍  

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

2.2 string类常用的构造函数

(1) 空字符串构造函数（默认构造函数）（重要）

string();

>构造一个空字符串，长度为零个字符。

//default (1)//string();string s1;cout << "s1;"<< s1<<"****" << endl;

>string类当中重载了流插入和流提取函数，所以我们可以直接用

(2)拷贝构造函数（重要）

string(const string & str);

>构造 str 的副本。

//copy(2)//string(const string & str);string s2 = "hello world!";//==string s2("hello world!") 下面会讲这个构造函数cout << "s2:" << s2 <<  endl;string s3 = s2;//==string s3(s2)cout << "s3:" << s3 << endl;

 (3) substring（子串，子链） 构造函数

string(const string & str, size_t pos, size_t len = npos);

>复制 str 中从字符位置 pos 开始并跨越 len 字符的部分（如果任一 字符串str 太短或 len 为string：：npos，则复制到 str 末尾的部分）。

//substring(3)//string(const string & str, size_t pos, size_t len = npos);string s1 = "hello world!";cout << "s1:" << s1 <<  endl;string s2(s1, 6, 5);cout << "s2:" << s2 << endl;

>如果拷贝的字符串太短（len太长），则从pos位置拷贝到字符串结尾就停止拷贝！

string s1 = "hello world!";cout << "s1:" << s1 <<  endl;string s2(s1, 6, 100);//向后拷贝100个字符，但字符串s1不够大，只拷贝到结尾就停止cout << "s2:" << s2 << endl;

>如果我们没有给len赋值，则len使用缺省值npos 

>npos是string类当中的一个静态成员变量。

string s1 = "hello world!";cout << "s1:" << s1 <<  endl;string s2(s1, 6);//拷贝到结尾才停止cout << "s2:" << s2 << endl;

 (4) 常量字符串构造函数(重要)

string(const char* s);

>复制 s 指向的以 null 结尾的字符序列（C 字符串）。

//from c - string(4)//string(const char* s);const char* s = "hello world!";string s1(s);//==string s1("hello world!")==string s1=scout << "s1:" << s1 << endl;

(5) 拷贝字符串前n个构造函数

string(const char* s, size_t n);

>从 s 指向的字符数组中复制前 n 个字符。

//from buffer(5)//string(const char* s, size_t n)    const char* s = "hello world!";string s1(s,5);cout << "s1:" << s1 << endl;

>如果指定的大小超过原字符串的大小，则将原字符串全部拷贝，并在编译器上打印提示，而程序并不会终止！

 (6) 填充构造函数

string(size_t n, char c);

>用字符 c 的 n 个连续副本填充字符串。

//fill(6)//string(size_t n, char c);    string s1(5, 'x');cout << s1<<endl;

 2.3 string类可用的三种遍历方式

（1）下标访问遍历

>在 string类里面重载了一个公共的成员函数operator[]，它的返回值是当前pos位置的引用，当没有const修饰时，我们可以对当前字符进行读和写的操作。但当有const修饰时，当前下标的字符是只读的！

>对象调用size和length都返回该对象的字符串长度，但要注意的是，该长度不包含字符串中的’\0'! 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()。

string s1 = "hello world";//1、下标访问遍历for (int i = 0; i < s1.size() ;i++){cout <<  s1[i]<<" ";}cout << endl;for (int i = 0; i < s1.size(); i++){s1[i] += 2;//进行写的操作cout << s1[i] << " ";}cout << endl;

（2）迭代器遍历（含4种迭代器用法详解）

>这里只是简单的讲一下迭代器的一小部分用法，在后续的文章会详细讲解迭代器的！

//迭代器遍历string s2 = "hello world!";string::iterator it = s2.begin();

> 我们先来看一下上面的一段代码，我们先突破类域指定迭代器iterator 定义了一个变量it，我们目前可以认为s2调用begin返回了s2的起始位置，也就是第一个字符的位置，然后it接受到了这个位置。我们会发现it是一个很像指针的东西，但是！但是！但是！it并不一定是指针！后面，我们还会对it进行解引用和++的操作，但是这些运算符可能都是重载过的！然而，我们对它表层就可以理解为指针，因为它的用法和指针非常相似（这里可能就是原始指针）！

>注意：end返回的是字符串的最后一个位置‘\0’!

while (it!=s2.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;

>当然，我们也可以用迭代器对s2进行写的操作，毕竟它的用法和指针几乎一样！ 

>当然，如果我们只想对s2只读不写的话，我们也可以用cbegin和cend(c就是const的意思) 

>字符串本身是const，不能修改！

//迭代器遍历const string s2 = "hello world!";string::const_iterator it = s2.cbegin();while (it != s2.cend()){//*it += 2;报错：表达式是不可修改的左值cout << *it << " ";it++;}

>字符串本身不是const，也不能修改！

//迭代器遍历string s2 = "hello world!";string::const_iterator it = s2.cbegin();while (it!=s2.cend()){//*it += 2;报错：表达式是不可修改的左值cout << *it << " ";it++;}cout << endl;

> 这里再介绍一种反向迭代器

//反向迭代器遍历string s2 = "hello world!";string::reverse_iterator rit = s2.rbegin();while (rit != s2.rend()){cout << *rit << " ";rit++;}cout << endl;

>注意：rbegin指向的是字符串倒数第一个有效字符（不是'\0'!） ，rend指向的是字符串的第一个字符的前一个位置！rit任然是++，而不是--（这里可以可以肯定的是++运算符一定被重载了）！

 

>还有最后这一种迭代器，其实就是常量反向迭代器，理解了前面讲的内容，这部分一看就懂了，这里就不赘述了！

（3）范围for遍历

>对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此 C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围 内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围，自动迭代，自动取数据，自动判断结束。

>范围for可以作用到数组和容器对象上进行遍历

>范围for的底层很简单，容器遍历实际就是替换为迭代器，这个从汇编层也可以看到。

//范围for遍历string s2 = "hello world!";for (auto s : s2){cout << s << " ";}cout << endl;

>我们先看到上面的一段代码，其中关键字auto（下文有专门针对auto的讲解，这里知道一些用法就没问题了）先定义了一个变量s，它会自动提取到字符串s2中的每一个字符并识别它的类型从而进行匹配，而范围for遍历会自动遍历字符串，并输出每一个字符。这样看起来范围for非常牛逼，然而它的底层走的还是迭代器的原理！

>不过，当我们不用访问字符串，只是单纯的遍历时，范围for用起来还是非常爽的！

>注意：这里还有一点小坑，我们来看下面一段代码~

//范围for遍历string s2 = "hello world!";for (auto s : s2){s += 2;cout << s << " ";}cout << endl;for (auto s : s2){cout << s << " ";}cout << endl;

>通过输出结果，我们可以发现，我们在第一次遍历时，对s2进行了修改的操作，但是在第二次遍历时，s2却没有改变！ 所以，我们可以得出结论s只是s2中字符的拷贝，虽然它底层走的是迭代器的原理，但还是略有不同的。不过，我们只要在auto后面加上&符号也可以修改！

2.4 string类的容量操作

>size和length在前文已经讲过了，这里便不再赘述！

1、max_size

2、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 

>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（capacity）不变。 

string s1="xxxxxxxxxxxxx";cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;cout<<"修改后--------------------------"<<endl;s1.resize(5);//减小的是有效字符的个数，容量的大小不变cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;

string s1="xxxxxxxxxxxxx";cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;cout<<"修改后--------------------------"<<endl;s1.resize(30,'y');//增加有效字符的个数，并用‘y’填充，且容量的大小增大cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;

 3、reserve（重要）

>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。

1、预留空间大于有效字符个数，并且大于容量时

//1、预留空间大于有效字符个数，并且大于容量时string s1 = "xxxxxxxxxxxxx";cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;s1.reserve(30);cout << "预留空间：30！修改后--------------------------" << endl;cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;

>有效字符不变，容量增大（扩容方式在每个平台下可能会有不同，但结果一定是符合C++标准规定的！） 

2、预留空间大于有效字符个数，但小于容量时

//2、预留空间大于有效字符个数，但小于容量时string s1 = "xxxxxxxxxxxxx";cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;s1.reserve(14);cout << "预留空间：14！修改后--------------------------" << endl;cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;

>有效字符不变，容量不变！

3、预留空间小于有效字符个数，且小于容量时

3、预留空间小于有效字符个数，且小于容量时string s1 = "xxxxxxxxxxxxx";cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;s1.reserve(0);cout << "预留空间：0！修改后--------------------------" << endl;cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;

>有效字符不变，容量不变！ 

4、clear（重要）

>clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。

string s1 = "xxxxxxxxxxxxx";cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;s1.clear();cout << "修改后--------------------------" << endl;cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl<<endl;cout << "***************" << endl;

5、empty（重要）

>判断字符串是否为空！

string s1 = "xxxxxxxxxxxxx";cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;cout << s1.empty() << endl;if (!s1.empty()){cout << "s1不为空"<<endl;}s1.clear();cout << "修改后--------------------------" << endl;cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;cout << s1.empty() << endl;if (s1.empty()){cout << "s1为空"<<endl;}

 6、shrink_to_fit

>根据字符串的大小合理的调整容量的大小！

string s1 = "xxxxxxxxxxxxx";s1.reserve(100);//先预留100个空间大小cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;s1.shrink_to_fit();//再根据字符串的大小调整容量大小cout << "修改后--------------------------" << endl;cout << "总容量大小（capacity）：" << s1.capacity() << endl;cout << "有效字符个数  （size）：" << s1.size() << endl;cout << "s1:" << s1 << endl;

（需要用到直接查文档即可（链接都在下面），这里标注了一些重要的常用的接口）

2.5 string类的修改操作

1、operator+=（重要！）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator+=/

2、append（在字符串后追加一个字符串）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/append/

3、push_back（在字符串后尾插字符c）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/push_back/
4、assign（ 为字符串分配一个新值，替换其当前内容）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/assign/

5、insert（在任意位置插入）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/insert/

6、erase（删除字符串的部分）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/erase/

7、replace（替换字符）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/replace/

8、swap（交换俩个string）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/swap/注意：string类的交换与库里面的swap有所不同，string类的交换是直接将两个指针进行了交换！

9,、pop_back （尾删一个字符）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/pop_back/

2.6 string类的查找操作

1、c_str（获取C指针，重要）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/c_str/

Get C string equivalent (public member function )

//C与C++ 的结合string s1;cin >> s1;FILE* file = fopen(s1.c_str(), "r");//这里的参数必须是C字符串char ch = fgetc(file);while (ch!=EOF){cout << ch;ch = fgetc(file);}fclose(file);file = nullptr;

2、data（与C_str作用一样，但一般不用这个接口）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/data/

Get string data (public member function )

3、get_allocator（空间配置器，暂且不用了解）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/get_allocator/

Get allocator (public member function )

4、copy（string拷贝）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/copy/

Copy sequence of characters from string (public member function )

5、find（从pos位置向前查找子串或字符）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/find/

Find content in string (public member function )

6、rfind（从pos位置向后查找）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rfind/

Find last occurrence of content in string (public member function )

7、find_first_of（从pos位置向前查找所指定的任意字符）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/find_first_of/

Find character in string (public member function )

8、find_last_of（向后）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/find_last_of/

Find character in string from the end (public member function )

9、find_first_not_of（向前查找除指定字符外的任意字符）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/find_first_not_of/

Find absence of character in string (public member function )

10、find_last_not_of（向后）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/find_last_not_of/

Find non-matching character in string from the end (public member function )

11、substr（返回子串）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/substr/

Generate substring (public member function )

// string::find_last_of#include <iostream>       // std::cout#include <string>         // std::string#include <cstddef>         // std::size_tvoid SplitFilename(const std::string& str){std::cout << "Splitting: " << str << '\n';//find_last_of从后向前找/或\其中任意字符并返回其下标std::size_t found = str.find_last_of("/\\");//C++中的区间都是左闭右开（取子串）std::cout << " path: " << str.substr(0, found) << '\n';std::cout << " file: " << str.substr(found + 1) << '\n';}int main(){std::string str1("/usr/bin/man");//Linux下的文件目录std::string str2("c:\\windows\\winhelp.exe");//Windows下的文件目录//分离路径与文件名SplitFilename(str1);SplitFilename(str2);return 0;}

12、compare（比较string，基本不用，因为有更好用的比较运算符重载）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/compare/

Compare strings (public member function ) 

2.7 string类的非成员函数

operator+（重要）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator+/

Concatenate strings (function )

relational operators（重要）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operators/

Relational operators for string (function )

swaphttps://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/swap-free/

Exchanges the values of two strings (function )

operator>>（重要）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator%3E%3E/

Extract string from stream (function )

operator<<（重要）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator%3C%3C/

Insert string into stream (function )

getline（重要）https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/getline/

Get line from stream into string (function )

标注：和C中的gets的作用差不多，如果用cin或scanf读取字符串，在遇到空格或换行符时就会停止读取字符串。而getline就是针对string字符串解决这个问题的，并且它的功能还更加强大，可以自定义读取结束的条件！

string s1;getline(cin, s1,'*');//指定读取结束条件！cout << "读取结束！" << endl;

3. auto关键字

在这里补充2个C++11的小语法，方便我们后面的学习。

>在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，后来这个 不重要了。C++11中，标准委员会变废为宝赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型 指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期 推导而得。

>用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&

// 编译报错:rror C3531: “e”: 类型包含“auto”的符号必须具有初始值设定项     auto e;    int a = 0;auto x = a;//intauto y = &a;//int*auto* z = &a;//int*auto& w = a;//intcout << "a:"<< typeid(a).name() << endl;cout << "x:"<< typeid(x).name() << endl;cout << "y:"<< typeid(y).name() << endl;cout << "z:"<< typeid(z).name() << endl;cout << "w:"<< typeid(w).name() << endl;

>当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

int main(){auto a = 1, b = 2;//必须为同一类型    // 编译报错：error C3538: 在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型auto a = 1, b = 2,c=3.0;//不同类型就报错return 0;}

>auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用

不可以作参数

 可以做返回值，但是建议谨慎使用

auto func1(){auto a = 1;return a;}auto func2(){return func1();}auto func3(){return func2;}auto func4(){return func3;}int main(){auto a = func4();return 0;}

 看上面的一段代码，如果我们不往前看到第一个函数，我们知道最终a的类型是什么吗！所以我们把auto做返回值时一定要谨慎使用!

>auto不能直接用来声明数组

// 编译报错：error C3318: “auto []”: 数组不能具有其中包含“auto”的元素类型auto array[] = { 4, 5, 6 };

>auto的用武之地 

std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange","橙子" }, {"pear","梨"} };// auto的用武之地//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();while (it != dict.end()){cout << it->first << ":" << it->second << endl;++it;}

4. vs和g++下string结构的说明 

4.1 vs下string的结构

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

class String{private://vs下string类里面的成员变量大概是这样char _buff[16];char* str;size_t _size;size_t capacity;};int main(){cout<<sizeof(String)<<endl;return 0;}

>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。

>vs下string扩容

void TestPushBack(){string s;size_t sz = s.capacity();cout << "原始大小：" << sz << endl;cout << "making s grow:" << endl;for (int i = 0; i < 100; i++){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity change:" << sz << "\n";}}}

>从结果来看，我们可以知道在vs下，当字符串的大小超过16时，vs是两倍扩容的，之后的每一次都是1.5倍扩容的！ 

4.2 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

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

4、指向堆空间的指针，用来存储字符串。

>g++下string的扩容

>我们可以看到，在g++下string是两倍扩容的！ 

5. 完结散花

好了，这期的分享到这里就结束了~

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我们下期不见不散~~

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