C++----STL（string)

ops/2025/1/15 16:10:01/

引言：STL简介

什么是STL

STL(standard template libaray-标准模板库)： 是 C++标准库的重要组成部分（注意：STL只是C++标准库里的一部分，cin和cout也是属于C++标准库的），不仅是一个可复用的组件库，而且 是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

STL的六大组件

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 string类

概念

string是管理字符数组的顺序表。

标准库中的string类

sting类的文档介绍连接：cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string

string类的常用接口说明

1.常见构造

 注意：

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{string s1;string s2("张三");// string (const char* s);string s3("hello world");string s4(10, '*');// string (size_t n, char c);string s5(s2);// string (const string& str);cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << s4 << endl;cout << s5 << endl;// 使用s3的子串初始化s6，从索引6开始，长度为5的子串，即"world"string s6(s3, 6, 5);// string (const string& str, size_t pos, size_t len = npos);cout << s3 << endl;cout << s6 << endl;// 使用s3的子串初始化s7，从索引6开始到s3的末尾，即"world"string s7(s3, 6);cout << s7 << endl;string s8(s3, 6, 100);// 尝试从s3的索引6开始获取长度为100的子串，但s3的长度不足，所以只取到s3的末尾，即"world"cout << s8 << endl;string url("https://en.cppreference.com/w/");string sub1(url, 0, 5);string sub2(url, 8, 15);string sub3(url, 22);cout << sub1 << endl;cout << sub2 << endl;cout << sub3 << endl;return 0;
}

2.赋值操作

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{string s1;string s2("张三");s1 = s2;cout << s1 << endl;return 0;
}

3.容量操作

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. reserve(size_t res_arg=0)：在C++的string使用中，调用reserve(100)函数理论上应确保字符串对象至少预留足够的空间来存储100个字符（不包括终止的空字符\0）。然而，实际预留的空间大小可能因编译器和库实现的不同而有所差异。在GCC等Linux环境下的编译器中，string的实现可能会严格遵守reserve的请求，调用后capacity()返回的值接近或等于100。而在VS（特别是VS2013及更早版本）中，由于可能采用了“短字符串优化”技术，调用reserve(100)后capacity()返回的值可能会远大于100，以减少未来内存分配的次数。此外，不同编译器和库实现中的string类对于内存管理的策略（如释放多余空间和扩大容量等）也可能有所不同。值得注意的是，为string预留空间时，如果reserve的参数小于字符串当前的底层空间总大小，那么reserve不会改变其容量大小。
  4. 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，底层空间总大小不变。 
#include<iostream>
using namespace std;void test_size_lenth_capacity()
{string s1 = "Hello World!";cout << s1.size() << endl;cout << s1.length() << endl;cout << s1.capacity() << endl;if (!s1.empty()) {s1.clear();cout << s1.empty() << endl;cout << s1.size() << endl;//清除后的有效字符个数会变cout << s1.length() << endl;cout << s1.capacity() << endl;//但是清除后的容量不会变}
}void testReserve()
{string s;s.reserve(100);size_t sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';cout << "making s grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i){s.push_back('c');if (sz != s.capacity()){sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}s.clear();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';s.reserve(10);sz = s.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}void testResize()
{string s1 = "Hello World!";s1.reserve(50);cout << "Reserved capacity of string: " << s1.capacity() << endl;// resize: 改变字符串的大小，如果新大小大于当前大小，则填充字符（默认是空字符）s1.resize(20, '*');cout << "Resized string: " << s1 << endl;
}void test_shrink_to_fit()
{string s1 = "Hello World!";cout << "Current capacity of string: " << s1.capacity() << endl;s1.reserve(50);cout << "Reserved capacity of string: " << s1.capacity() << endl;s1.shrink_to_fit();cout << "shrink the capacity of s1 to fit: " << s1.capacity() << endl;
}

4.访问及遍历操作

注意：operator[]有两种形式用于访问字符串中的字符
  • 非const版本：用于非常量字符串，允许读取和修改字符。例如，str[i] = 'A'; 可以改变字符串str中索引为i的字符。
  • const版本：用于常量字符串或当您不希望修改字符串时，它只允许读取字符而不允许修改。尝试修改const字符串中的字符会导致编译错误。
重点补充：迭代器
定义

迭代器（iterator）是一种类似指针的对象，用于访问容器中的元素。它可能是一个指针，也可能是一个封装了指针行为的对象。迭代器提供了对容器元素的顺序访问，可以遍历容器中的元素。

迭代器的使用

1.普通迭代器和反向迭代器的使用

普通迭代器允许读写容器中的元素，反向迭代器允许我们从后向前遍历容器。以下是一个使用迭代器遍历并修改 string 对象的例子：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string s1("hello world");//普通迭代器string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()) {(*it)--;  // 将每个字符的ASCII值减1++it;}cout << s1 << endl;  // 输出修改后的字符串//反向迭代器auto rit = s1.rbegin();// 使用auto关键字简化类型声明while (rit != s1.rend()){(*rit) ++;// 将每个字符的ASCII值加1++rit;}cout << s1 << endl;return 0;
}

2.const迭代器的使用

对于 const 对象或需要保证不修改容器内容的场景，应使用 const 迭代器。const 迭代器只能读取元素，不能修改。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;void Func(const std::string& s) {string::const_iterator it = s.begin();while (it != s.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;auto rit = s.rbegin();  // 使用auto关键字简化类型声明while (rit != s.rend()) {cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}int main() {string s1("hello world");Func(s1);return 0;
}
迭代器的意义

  1. 修改元素：迭代器可以像指针一样解引用并修改元素（在非 const 迭代器的情况下）。

  2. 范围for循环：C++11引入了范围for循环，底层通过迭代器实现，简化了遍历容器的代码。

    #include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string s1("hello world");for (auto& ch : s1) {ch++;  // 将每个字符的ASCII值加1}cout << s1 << endl;for (char ch : s1) {cout << ch << " ";}cout << endl;return 0;
}

  3. 通用性：几乎所有标准容器（如 vector、list、map 等）都支持迭代器，并且用法类似。这使得代码更加通用和可移植。

    #include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;int main() {vector<int> v = {1, 2, 3, 4};vector<int>::iterator vit = v.begin();while (vit != v.end()) {cout << *vit << " ";++vit;}cout << endl;list<int> lt = {10, 20, 3, 4};list<int>::iterator lit = lt.begin();while (lit != lt.end()) {cout << *lit << " ";++lit;}cout << endl;return 0;
}

  4. 限制：对于非连续存储的容器（如 list、map），不能使用下标操作符 [] 访问元素，因为它们的空间结构不是连续的。

  5. 与算法配合：STL算法（如 reverse、sort 等）通过迭代器操作容器中的元素，使得算法与容器解耦，提高了代码的灵活性和复用性。

    #include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;int main() {vector<int> v = {1, 2, 3, 4};list<int> lt = {10, 20, 3, 4};reverse(v.begin(), v.end());reverse(lt.begin(), lt.end());for (auto e : v) {cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : lt) {cout << e << " ";}cout << endl;sort(v.begin(), v.end());for (auto e : v) {cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}
补充：at的代码示例
void testAt()
{string s1 = "Hello World!";cout << s1.at(2) << endl;s1.at(2) = 'O';cout << s1 << endl;
}

5.修改操作

函数名称功能说明
push_back在字符串末尾添加一个字符
append在字符串末尾追加一个字符串
operator+=使用加法运算符追加字符串或字符
assign覆盖赋值，用新字符串替换原字符串内容
insert在指定位置插入字符串或字符（不建议频繁使用，会影响效率）
erase删除指定位置或范围内的字符（不建议频繁使用，会影响效率）
pop_back删除字符串末尾的字符
replace替换指定范围内的字符为新的字符串或字符
void test01()
{string s1("hello world");s1.append("ssssss"); // s1 变为 "hello worldssssss"s1.push_back('a'); // s1 变为 "hello worldssssssa"s1+=" abc"; // s1 变为 "hello worldssssssa abc"s1.assign("111111111"); // s1 变为 "111111111"s1.insert(0, "hello"); // s1 变为 "hello111111111"s1.insert(5, "world"); // s1 变为 "helloworld11111"s1.insert(0, 10, 'x'); // s1 变为 "xxxxxxxxxxhelloworld111"s1.insert(s1.begin()+10, 10, 'y'); // s1 变为 "xxxxxxxxxxhyyyyyyyworld11"
}void test02()
{string s1("hello world");s1.erase(5, 1); // 删除从位置5开始的1个字符，s1 变为 "hello world" -> "helloworld"s1.erase(5); // 删除从位置5开始的剩余所有字符（默认行为），s1 变为 "hello"string s2("hello world");s2.erase(0, 1); // 删除从位置0开始的1个字符，s2 变为 "hello world" -> "ello world"s2.erase(s2.begin()); // 删除迭代器指向的第一个字符，s2 变为 "llo world"
}void test03()
{//world替换成 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxstring s1("hello world hello lynn");s1.replace(6, 5, "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"); // 替换 "world" 为 "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"cout << s1 << endl; // 再次替换，s1 变为 "hello yyyyy"s1.replace(6, 23, "yyyyy");cout << s1 << endl;// 所有空格替换成20%string s2("hello world hello bit");string s3;for (auto ch : s2){if (ch != ' '){s3 += ch;}else{s3 += "20%";}}s2 = s3; // s2 变为 "hello20%world20%hello20%lynn"
}

6.字符串操作

函数名称功能说明
c_str返回一个指向以空字符结尾的字符数组的指针，该字符数组是字符串的副本，常用于与C语言接口函数的交互。
find用于查找子字符串或字符在字符串中第一次出现的位置。
rfind用于查找子字符串或字符在字符串中最后一次出现的位置。
find_first_of用于查找字符串中第一次出现参数中任一字符的位置。
find_last_of用于查找字符串中最后一次出现参数中任一字符的位置。
substr用于查找字符串中最后一次出现参数中任一字符的位置。
void test_c_str() {string str = "Hello, World!";const char* cStr = str.c_str();cout << cStr << endl; // 输出: Hello, World!
}void test_find() {string str = "Hello, World!";size_t pos = str.find("World");if (pos != string::npos) {cout << "Found 'World' at position: " << pos << endl; // 输出: Found 'World' at position: 7}else {cout << "'World' not found" << endl;}
}void test_rfind() {string str = "Hello, Hello World!";size_t pos = str.rfind("Hello");if (pos != string::npos) {cout << "Found 'Hello' last time at position: " << pos << endl; // 输出: Found 'Hello' last time at position: 13}else {cout << "'Hello' not found" << endl;}
}void test_find_first_of() {string str = "Hello, World!";size_t pos = str.find_first_of("aeiou");if (pos != string::npos) {cout << "Found first vowel at position: " << pos << endl; // 输出: Found first vowel at position: 1 (e in Hello)}else {cout << "No vowel found" << endl;}
}void test_find_last_of() {string str = "Hello, World!";size_t pos = str.find_last_of("aeiou");if (pos != string::npos) {cout << "Found last vowel at position: " << pos << endl; // 输出: Found last vowel at position: 8 (o in World)}else {cout << "No vowel found" << endl;}
}void test_substr() {string str = "Hello, World!";string subStr1 = str.substr(7, 5); // 从位置7开始，长度为5的子字符串cout << "Substring1: " << subStr1 << endl; // 输出: Substring1: Worldstring subStr2 = str.substr(2, 6); // 从位置2开始，长度为6的子字符串cout << "Substring2: " << subStr2 << endl; // 输出: Substring2: llo, W
}

7.string类非成员函数

函数名称功能说明
operator<<重载输出流运算符<<用于将自定义类型的数据输出到输出流。
operator>>重载输入流运算符>>用于从输入流中读取数据到自定义类型。
getlinegetline 是标准库函数，用于从输入流中读取一行文本，直到遇到换行符（'\n'），换行符会被丢弃，不会存储在字符串中。
operator+重载operator+用于连接两个字符串。

operator==、operator>、

operator<、

operator<=、

operator>=、

operator!=

重载关系运算符（如==, <, >, <=, >=, !=）用于比较自定义类型的对象。

当使用关系运算符比较两个字符串时，比较是逐字符进行的，基于Unicode码点值。

#include<algorithm>
using namespace std;int main() {string s1, s2;cin >> s1;//如果输入空格，就会停止输入cout << s1 << endl;//注意：如果 cin >> s1; 读取后留下了换行符，getline() 会立即读取到这个换行符并停//     止读取，认为已经读取了一行（实际上是一个空行）。因此，s2 会是一个空字符串。//     为了避免这种问题，我们要通过cin.ignore(); 忽略缓冲区中的换行符。cin.ignore();// 忽略缓冲区中的下一个字符（通常是换行符）getline(cin, s2);//如果输入空格，不会停止输入，直到遇到换行符'\n'，才会停止输入cout << s2 << endl;string s3 = s1 + s2;cout << s3 << endl;string s4, s5;s4 = "abcd";s5 = "abc";if (s4 > s5) {cout << "s4 > s5" << endl;}else {cout << "s4 <= s5" << endl;}return 0;
}

8.字符串转换函数

函数名称功能说明

stoi

将字符串转换为整数（int）

stof

将字符串转换为单精度浮点数（float）

stod

将字符串转换为双精度浮点数（double）

stoll

将字符串转换为长长整数（long long）

to_string

将数值转换为字符串

int main() {string str1 = "123";int num1 = stoi(str1);cout << "The int value is: " << num1 << endl;string str2 = "123.456";float num2 = stof(str2);cout << "The float value is: " << num2 << endl;string str3 = "123";double num3 = stod(str3);cout << "The double value is: " << num3 << endl;string str4 = "12345678910111213";long long num4 = stoll(str4);cout << "The long long value is: " << num4 << endl;int num5 = 123;string str5 = to_string(num5);cout << "The string value is: " << str5 << endl;long long num6 = 1234567;string str6 = to_string(num6);cout << "The string value is: " << str6 << endl;double num7 = 3.14;string str7 = to_string(num7);cout << "The string value is: " << str7 << endl;return 0;
}

写时拷贝（了解）

一、浅拷贝问题

  1. 析构两次：浅拷贝只复制了对象的指针，导致两个对象共享同一块内存。当这两个对象被分别析构时，会尝试对同一块内存进行两次释放，从而引发错误。
  2. 一个对象修改会影响另一个：由于浅拷贝只是复制了指针，所以两个对象实际上指向的是同一块数据。因此，当一个对象的数据被修改时，另一个对象的数据也会相应地被改变。

二、深拷贝问题

  1. 内存开销：深拷贝需要复制对象的所有数据，包括嵌套对象，这可能导致较大的内存开销。
  2. 写时拷贝优化：为解决深拷贝的内存开销问题，可采用写时拷贝策略。
    初始时，对象间共享数据内存，引用计数跟踪使用对象数量。
    当某个对象尝试修改数据时，若引用计数大于1，则进行深拷贝，生成新的数据副本，以避免影响其他对象。
  3. 引用计数管理：
    （注意：引用计数需正确管理，以确保内存安全释放。）
    当对象被复制时，引用计数增加；当对象被销毁或不再被引用时，引用计数减少。
    引用计数降为0时，释放对象及其数据内存。

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