【C++STL】一文掌握 String 核心接口：从基础到实用！

前言：结束了上一阶段的学习，在有了一定的语法基础以后下面我们就要进入C++的STL部分，STL在C++中占有极其重要的地位，下面我们就走进STL的世界，开始STL部分的学习。

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一，STL简介

1.1 什么是STL？

STL的概念：STL（Standard Template Library）是C++标准库的核心组成部分，提供了一套通用的模板类和函数，用于实现常见的数据结构和算法。

1.2 STL的六大组件

STL的六大组件是它的核心我们在学习STL的时候也是围绕着这六大组件来进行学习，下面看看六大组件都有哪些：

1.3 如何学习STL

STL提供了一套通用的模板和函数，用于实现常见的数据结构，那么这些函数和数据结构我们首先要学会使用，其实就是了解一下这些数据结构的底层是如何实现的。
所以学习STL的步骤就是1.学会使用 2.了解底层 （后面的STL学习都会按照这两个步骤来学习）

声明：下面各种成员函数和非成员函数的参数返回值，可以去string文档中查询，链接：cpluspuls.com

二，第一个STL容器—string

2.1 string的4个默认构造的使用

函数名称	功能说明
string()	构造空的string类对象，即空字符串（重点）
string(const char* s)	用C风格字符串（C-string）构造string类对象（重点）
string(size_t n, char c)	构造包含n个字符c的string类对象
string(const string& s)	通过拷贝另一个string类对象构造新对象（重点）

我们先来看看库里面的一些函数重载：

void TestString1()
{string s1;//创建一个空字符串对象string s2("hello world");//构造string s3(s2);//拷贝构造cout << s3 << endl;string s4(s2, 1, 8);//相当于memcopy//string s4(s1, 1, 60); cout << s4 << endl;string s6(s2, 1);//不写长度那就从1开始拷贝 直到s2被拷贝完cout << s6 << endl;const char* str1 = "hello word"; string s7(str1,5); //使用char* 的字符串构造cout << s7 << endl;string s8(100, '*');//将s8初始化成100个*cout << s8 << endl;//赋值运算符重载 s1.operator=()s1 = s2;s1 = "*******";cout << s1 << endl;
}

还有一个析构函数用于释放string内部的资源，在模拟实现部分会详细说明。

三，初识迭代器

3.1 使用迭代器遍历string

学习一个数据结构就要学会它的遍历，因为在使用数据结构的时候我们常常会修改数据结构内部的值，如果我们要一一进行修改那么就一定会用到遍历。在学习C语言的时候常见的遍历方式是使用for循环，while循环等，借助循环来遍历。而C++搞了一个新的遍历方式叫迭代器，它是所有容器的主流遍历方式，下面我们重点讲解它。

函数/语法	功能说明
begin + end	begin获取字符串第一个字符的迭代器，end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
rbegin + rend	rbegin获取字符串最后一个字符的逆向迭代器，rend获取第一个字符前一个位置的逆向迭代器
范围for (C++11)	支持更简洁的范围遍历方式，无需显式使用迭代器或下标

1、传统遍历方式

void TestString2()
{string s1("hello word!");const string s2("hello bite");//s1[0]++ -> s1.operator[](0)++  使用重载的方括号//第一种遍历方式 使用循环
//循环遍历字符串 并修改字符串  s1.size()是string类里的成员函数 返回的是字符串的大小for (size_t i = 0;i < s1.size();i++){s1[i]++;}cout << s1 << endl;
}

2、使用迭代器

void TestString3()
{string::iterator it1 = s1.begin();										
while (it1 != s1.end())
{
//it就是像指针一样的东西(*it1)++;//*it就可以拿到对应位置的数据 进行修改//(*it1)--;
}
cout << s1 << endl;//将迭代器使用在顺序表(vector)
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);//这里的vector模板有显示限定 int
vector<int>::iterator it2 = v.begin();
while (it2 != v.end())
{cout << *it2 << " ";++it2;
}
cout << endl;

const迭代器与普通迭代器

正向迭代器和反向迭代器

3、auto关键字

还有另外一种遍历方式就是使用范围for。但在介绍范围for之前我们先来介绍一下auto关键字。

void auto_test()
{
//auto是C++11支持的一种能够自动识别类型的关键字 auto x = 10;auto y = 10.1;cout << x << endl;//自动推出类型为int类型cout << y << endl;//自动推出类型为double类型//auto声明引用类型时必须要使用&int& z = x;auto m = z;//这一步是赋值 如果想要m++ z和x也跟着++ 就要加上&即auto& m = z;m++;//用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别auto p1 = &x;// 只能是指针auto* p2 = &x;
}

auto的注意事项：

1. 当使用auto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。
2. auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用
3. auto不能直接用来声明数组

4、范围for

void TestString4()
{string s1("hello world");for(auto e:s1){//范围for内部可以修改s1//e--;cout<<e<<endl;}//遍历vectorvector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

范围for的注意事项：

1. 范围for的三个自动：自动迭代、自动取数据、自动判断结束。这一点相比于上面的迭代器又更加的方便了，原因在于它是自动的。
2. 范围for可以作用到数组和其他的容器对象上进行遍历。
3. 范围for的底层其实就是替换为了迭代器，这也是它为什么能够支持遍历其他容器的原因。

总结—迭代器的意义：
1: 统一类似的方式遍历修改容器
2: 算法脱离具体底层结构，和底层结构解耦
3: 算法独立模板实现针对多个容器处理

四、string与容量有关的接口使用

4.1 string成员函数功能说明表

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	返回字符串分配的空间总大小
empty （重点）	检测字符串是否为空串，是则返回 true，否则返回 false
clear （重点）	清空字符串中的有效字符
reserve （重点）	为字符串预留空间
resize （重点）	将有效字符的个数调整为 n 个，多出的空间用字符 c 填充

void stringTest1()
{string s1("123456");//无论是s.size() 还是s.capacity()都是不包括\0的cout << s1.size() << endl;cout << s1.capacity() << endl; //capacity可能大于或等于字符串的长度 大于因为capacity底层会扩容cout << s1.length() << endl;//如果非空就打印if (!s1.empty()){cout << s1 << endl;}s1.clear();//清空字符串就是将size(有效数据个数)改成0cout << s1.size() << endl;string s2;size_t old = s2.capacity();cout << endl;cout << "s2.capacity:" << old << endl;//string的底层实际上就是一个顺序表，所以不断的往里面插入数据就会引发扩容逻辑for (size_t i = 0;i < 100;i++){s2.push_back('x');if (s2.capacity() != old){cout << "capacity：" << s2.capacity() << endl;old = s2.capacity();}}
//使用reserve 知道要开多少空间提前开好 避免多次扩容，提升效率s2.reserve(100);//扩容可以cout <<s2.capacity()<< endl;s2.reserve(5);//缩容不行cout <<s2.capacity()<< endl;//resize 插入数据 让size达到我们定义的n 个
// n > capacity > size;
string s2("123456");
cout << endl;
s2.resize(20, '#');//这里n给20 那么size就从原来的6变成20，第二个参数不给默认用空格填充
cout << "size:" << s2.size() << endl;
cout << "capacity:" << s2.capacity() << endl;
}

上面的接口在使用中有几点需要注意：

1. resize接口：是修改有效数据个数的接口，在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，那么可能会影响capacity导致扩容，如果是将元素减少则底层总空间大小不变。
2. reserve接口：是修改string总空间的接口，它不会影响有效数据个数。在改变空间大小时，如果比原来空间大那么久扩容到指定的这个空间，如果比原来的空间小并不会将空间缩小！！！
3. clear接口：单纯修改有效数据个数，不改变底层的空间大小！

五、元素访问相关的接口

5.1 元素访问函数功能表格

函数名称	功能说明	区别
operator[] (重点)	返回 pos 位置的字符，const string 类对象可调用	若越界访问，行为未定义（可能崩溃或返回垃圾值）
at	返回 pos 位置的字符，提供边界检查	若越界访问，抛出 std::out_of_range 异常，安全性更高

注：表格对比了两种访问字符串字符的方法，核心差异在于越界处理机制。

void stringTest3()
{//方括号操作符 本质是函数重载string s1("hello word!");s1[0]++;	cout << s1 << endl;//at用于返回该下标处的内容//cout << s1.at(2) << endl;s1.at(0)--;cout << s1 <<endl;//访问的下标越界 不属于当前空间 抛异常//s1.at(15);
}

六、修改相关的接口使用

6.1 修改相关的函数说明表格

函数名称	功能说明
push_back	在字符串末尾插入字符c
append	在字符串后追加一个字符串
operator+= （重点）	在字符串后追加字符串str
c_str （重点）	返回C格式的字符数组
find + npos(重点）	从字符串pos位置开始向后查找字符c，返回该字符在字符串中的位置
rfind	从字符串pos位置开始向前查找字符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个字符并返回

void test2()
{string s1("abcdefg");//string底层就是一个字符数组 对于string的操作就相当于对数组的操作s1.push_back('h');//push_back就是尾插往size位置处插入数据s1.push_back('i');s1.append("hello!JJJJ");//append就是往s1后面追加一个字符串cout << s1<< endl;//c_str()用于当使用C语言想要打开C++的文件时，test.cpp就是一个string类型
//但是C语言又没有string这种东西 但是可以使用c_str返回C语言底层的那个字符数组这样就可以打开文件了string filename("test.cpp");FILE* fout = fopen(filename.c_str(), "r");if (fout == nullptr){cout << "fopen error" << endl;return;}string s2("hello   world")size_t ret=s1.find(0," ");//find函数，从起始位置开始查找指定的字符，找到了返回该字符所在位置的下标//size_t ret2=s1.rfind(0," ")//refind接口就是从尾部开始倒着查找while (pos != string::npos)//npos 是string类里面定义的一个数据 它的类型是size_t 值为-1相当于是整型的最大值   所以npos就代表字符串能存储的最大长度pos！=npos就是说该位置如果不等于最大字符串长度 就说明找到了 否则就说明没找到 {s2[pos] = '#';//s2.replace(pos, 2,"##"); //replace接口 替换指定位置的字符pos = s2.find(' ',pos+2);}cout << s2 << endl;string s3=s2.substr(0, 5);//从s2中截取5个字符给s3cout << s3 << endl;
}

七，string类非成员函数(全局函数)

7.1 非成员函数功能表格

运算符/函数	功能说明	注意事项
operator+	字符串拼接，返回新字符串对象	传值返回导致深拷贝，频繁调用可能影响性能，建议少用
operator>> (重点)	输入运算符重载，从输入流提取内容到字符串，遇空格终止	需配合istream使用，注意处理缓冲区及错误状态
operator<< (重点)	输出运算符重载，将字符串内容插入到输出流	常用于日志打印或控制台输出，无格式限制
getline (重点)	从输入流读取一行字符串（包括空格），可指定分隔符	需清除换行符残留，避免与operator>>混用时出错
relational operators (重点)	比较字符串大小（如==, !=, <, >等），按字典序逐字符对比	区分大小写，比较前需确保字符串非空或已初始化

void stringTest8()
{
string s1("hello"), s2("hello");
cout << s1 << " " << s2 << endl;
string s3 = s1 + s2;//operator+用于字符串拼接
cout << s3 << endl;//流插入重载bool a = s1 == s2;//判断大小关系 有== >= <= < > !=
cout << a << endl;
//cin >> s1 >> s2;//流提取重载
//cout << s1 <<" "<< s2 << endl;string line;
//cin >> line;//流插入重载getline(cin, line);//获取一行字符串 区别与scanf scanf识别到空格就结束 
//而getline不同 getline是识别到换行才结束
cout << line << endl;
}

注意：这里的函数之所以搞成全局函数而不搞成string内部的函数是因为，如果搞成string内部函数那么第一个参数就定死了是string类型。因为成员函数中第一个参数要传给this指针，this指针的类型就是该类的类型。这些函数如果重载成成员函数就无法实现const char* 的类型作为参数了！

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