STL简介及string

目录

STL简介

1.2 STL的版本

1.3 STL的六大组件

1.4学习STL的目标

String

2.1string类使用

2.2  auto和范围for重温

2.3 string 类的常用接口说明

2.4string的常见构造

2.4.1容量操作

2.4.2string类对象的访问  及  遍历  操作

​编辑

2.4.3string类对象的修改操作

2.4.4 string类非成员函数

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STL简介

我们首先来看，什么是stl，我们常说stl是标准模板库。其实这样不对。

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，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。

什么意思呢？

STL是标准库的一部分 ！C++标准库还包括其他的库 ，比方如下：

当然IO流和智能指针我们后面讲，这里仅做列举。

1.2 STL的版本

原始版本
Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本--所有STL实现版本的始祖。

做一个小的知识扩展：（比较出名的闭源和开源有）

闭源 ： windows   mac  os ， Oracle

开源 :  linux  git

P. J. 版本
由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

RW版本
由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

SGI版本
由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程 风格上看，阅读性非常高。

我们后面学习STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

1.3 STL的六大组件

我们再来看STL的六大组件，这些就像我们的工具箱里面的扳手螺丝，各有各的用处。

所以网上有句话说：“不懂STL，不要说你会C++”。STL是C++中的优秀作品，有了它的陪伴，许多底层的数据结构以及算法都不需要自己重新造轮子，站在前人的肩膀上，健步如飞的快速开发。

1.4学习STL的目标

总结一下：学习STL的三个境界：能用，明理，能扩展 。这个我们后面也会在vector的扩容方面有提到。

1.5 STL的缺陷（了解）

1. STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。
2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
3. STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。
4. STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。模板进阶的时候会有更深体会

好了解了这些时候，我们再来重温两个知识，直接进入string。

String

2.1string类使用

string 类的文档介绍 ：string在c++官网的文档

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

2.2  auto和范围for重温

这两个小语法可以极大减轻我们写代码的负担。之前已经见过了，在这里还是用思维导图和实例来带大家来提纲挈领一下。

那么，什么时候用auto关键字呢？

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{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;}return 0;
}

范围for 的使用

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };// C++98的遍历for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){array[i] *= 2;}for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){cout << array[i] << " ";}cout << endl;//范围for//语法糖：自动++，自动判断，自动执行for (auto & e : array){e *= 2;}for (auto e : array){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

这里需要格外注意一个const的使用：

2.3 string 类的常用接口说明

 我们会发现string 没在containers ， 这是由于历史的原因导致的 ， string 出现比STL早 ， 但是string 的功能角度看 ， 可以把string 归纳到 containers。

我们接下去点开string 来看 ， 发现string 实际上是basic_string 类被 typedef  , 这里重点学string , 因为接口的高度相似，并且用的最多的是string , 因为string 方便存储在utf8。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{cout << sizeof(char) << endl;cout << sizeof(wchar_t) << endl;cout << sizeof(char16_t) << endl;cout << sizeof(char32_t) << endl;return 0;
}

这里我们举例子来看一下，这段代码的输出结果应该是 1 2 2 4 。

2.4string的常见构造

我们观看文档的时候要根据一定的单词半蒙半思考的去猜，string 的构造有很多 ， 需要记住是无参构造，有参构造，拷贝构造，其他的了解即可，使用时忘记随时查阅文档 ， 无需刻意记忆 ， 多练

void Teststring()
{string s1; // 构造空的string类对象s1string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

2.4.1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 .  max_size() : 没什么实际意义 ，因为实际中开不了这么大的空间 。

3 . clear() ： 只是将string中有效字符清空 ， 不改变底层空间大小

4 . capacity() : 返回容量 ， 不包含'/0'；

size和capacity都不含/0

5.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 ， reserve 不会改变容量大小 。

6.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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>void Test_String1()
{string s("hello world!");cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//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(5);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销
}
int main()
{Test_String1();return 0;
}

注意：reserve不改变容器的size，一般不用来缩容，一般不确定是否缩容成功，一般用来扩容，提高插入数据的效率，避免增容带来的开销。

再看resize

void Test_String2()
{string s("hello world!");cout << "size:"<< s.size() << endl;cout << "capacity:"<<s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << 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s.clear();cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout  << endl;//将s中有效字符个数增加到10个，多出位置用'a'进行填充s.resize(10, 'a');cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << endl;//将s中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行补充s.resize(15);cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << endl;//将s中有效字符个数缩小到5个s.resize(5);cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << endl;
}

2.4.2string类对象的访问  及  遍历  操作

1 ）string 类访问对象 ： 使用 [] , 或者at

不同点就是  访问失败  的时候返回形式不同 ，at 访问失败会抛异常(程序还会继续跑，比较温和的方式) , [] 访问失败,断言(直接结束程序运行,比较暴力的方式)

2 ） 遍历string 对象的方式 ：

1 . 下标 + [ ] : 运算符重载operaror[]  

2 . 迭代器

3 . 范围 for

先来看 下标 + [] 的遍历方式 :

#include <string>
int main()
{//无参的构造string st1;//带参的构造string st2("Hello World!");//拷贝构造string st3(st2);string st4(st2, 6, 1000);cout << st1 << endl;cout << st2 << endl;cout << st3 << endl;cout << st4 << endl;//1.下标+[] for (size_t i = 0; i < st2.size(); i++){st2[i] += 1;}for (size_t i = 0; i < st2.size(); i++){cout << st2[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

实际上是重载了[] 运算符 ， 能够使string 能像数组一样被访问 ， 底层的operator[] 如下 :

namespace cyh
{class string{public:char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;};
}

这里我们就能明白 引用&作为返回值  的意义：减少拷贝，同时可以修改返回值。

再来看 迭代器遍历 :

	//2 .迭代器// [ )string::iterator it = st2.begin();while (it != st2.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;

(it != st2.end())

我们这里注意到这里写的是不等于，但是对于string来说，可以改为<，因为底层是数组，前后元素有大小关系但是对于链表等数据结构来说，空间不连续，不能使用，所以建议都写!=。

思考 :  为什么有了 下标 + [] 的遍历方式还需要有  迭代器  呢 ？ 前者明明用到更顺。

 因为下标 + [] 限制底层必须是数组，像链表就被限制了 ， 但迭代器是通用的！

那么有正向迭代器，就一定有反向迭代器，倒着遍历的就是反向迭代器（链表不一定有反向迭代器）后面vector等再深入了解。

	string::reverse_iterator rit = st2.rbegin();while (rit != st2.rend()){cout << *rit << endl;++rit;}cout << endl;

所以，表面上从上层看有三种遍历方式：下标+[] , 迭代器，返回for , 但是底层就只有两种遍方式 ： 下标+[] 和迭代器！（范围for底层就是迭代器）

2.4.3string类对象的修改操作

1 )   push_back() / append() / opeartor+=()  都是在 字符串后追加 （尾插）

2)  insert 从某个位置开始插入 :  谨慎使用，头插数据时候 ， 后面的数据需要全部往后挪

时间复杂度为O（n）！谨慎使用。

void Test_String3()
{string s("hello world!");s.insert(0, "xxx,");cout << "s:" << s << endl;s.insert(0, 1, 'a');cout << "s:" << s << endl;}

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 ， 如果能够预估到放多少个字符 ， 可以先通过 reserve 把空间预留好 。

3 ） erase: 删除数据

4）c_str : 返回底层的字符串

这个很奇怪，为什么要有c_呢？

其实这个关键字就是为了和C语言保持兼容。 有的时候C++会和  C 进行混合编程 （在写C++的时候 ， 必不可少的需要调用的C 的 库 ，C++并不是纯粹的面向对象）。还有一些库可能不会提供C++的接口，仅提供C的接口，有一些数据库就是。

5）find ： 查找字符 ， 查找成功 ， 返回对应位置 。 查找失败 ， 返回 npos （无效位置）。

那么这里有问题，如果我想要查找空格并替换字符可以吗？

int main()
{//查找到空格，并且替换成"%%"//方法一：string s1("hello world hello linux!");cout << s1 << endl;size_t i = s1.find(' ');while (i != string::npos){s1.replace(i, 1, "%%");i = s1.find(' ',i+2);}cout << s1 << endl << endl;//方法二：string s2("hello                world!");string s3;cout << s2 << endl;for (auto ch : s2){if (ch != ' ')s3 += ch;elses3 += "%%";}cout << s3 << endl;return 0;
}

这里给了两种方法，方法一使用 repalce 对找到的有空格的位置替换成 "%%" ， 但是会把后面的字符都往后挪动 ，时间复杂度最差为 O(N^2) 。 方法二为遍历一遍，遇到空格再进行替换，时间复杂度为O(N)。

6）rfind : 倒着查找

用的较少，看一下使用场景就行：

2.4.4 string类非成员函数

6. find_first_of : 任意一个出现在字符串的字符

这里再补充一类函数

我们看一下 find_first_of 的用法， 类比就行。

函数原型：

template <class ForwardIt1, class ForwardIt2>
ForwardIt1 find_first_of(ForwardIt1 first1, ForwardIt1 last1,  // 搜索范围 [first1, last1)ForwardIt2 first2, ForwardIt2 last2   // 要查找的元素范围 [first2, last2)
);// C++11 起支持自定义比较函数
template <class ForwardIt1, class ForwardIt2, class BinaryPredicate>
ForwardIt1 find_first_of(ForwardIt1 first1, ForwardIt1 last1,ForwardIt2 first2, ForwardIt2 last2,BinaryPredicate p  // 自定义比较规则
);

使用实例

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5, 6};std::vector<int> targets = {10, 3, 5};  // 要查找的元素// 在 data 中查找 targets 里的任意元素auto it = std::find_first_of(data.begin(), data.end(),targets.begin(), targets.end());if (it != data.end()) {std::cout << "第一个匹配的元素是: " << *it << std::endl;std::cout << "位置在: " << std::distance(data.begin(), it) << std::endl;} else {std::cout << "没有找到匹配的元素" << std::endl;}return 0;
}