C++——string

一、标准库中的string类

string类的文档介绍
在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

1. auto

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&

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。

auto不能作为函数的参数，可以做返回值，但是建议谨慎使用

auto不能直接用来声明数组

#include<iostream>
using namespace std;
int func1()
{
	return 10;
}
// 不能做参数
void func2(auto a)
{}
// 可以做返回值，但是建议谨慎使用
auto func3()
{
	return 3;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = func1();
	// 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;
	cout << typeid(b).name() << endl;//查看变量类型
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	int x = 10;
	auto y = &x;
	auto* z = &x;
	auto& m = x;
	cout << typeid(x).name() << endl;
	cout << typeid(y).name() << endl;
	cout << typeid(z).name() << endl;
	auto aa = 1, bb = 2;
	// 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 cc = 3, dd = 4.0;
	// 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 };
	return 0;
}

2. 范围for

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。

#include<iostream>
#include <string>
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] << endl;
	}
	// C++11的遍历
	for (auto& e : array)
		e *= 2;
	for (auto e : array)
		cout << e << " " << endl;
	string str("hello world");
	for (auto ch : str)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

3. string类的常用接口说明

3.1、 string类对象的常见构造

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
}

3.2、string类对象的容量操作

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. 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。
4. 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。

3.3、string类对象的访问及遍历操作

3.4、 string类对象的修改操作

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把空间预留
   好。

3.5、 string类非成员函数

3.6、vs和g++下string结构的说明

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;

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。

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：

• ​ 空间总大小
• ​ 字符串有效长度
• 引用计数
• 指向堆空间的指针，用来存储字符串

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

二、string类的模拟实现

基本结构

class string
{
public:
	//接口...
private：
	char* _str;//字符串
	size_t _size;//字符串的大小
	size_t _capacity;//现在的容量
	//static const size_t npos = -1;
	static const size_t npos;//一个比较常量
};
const size_t string::npos = -1;

1. 构造、析构、赋值重载=

构造

string(const char* str = "")
{
	_size = strlen(str);
	_capacity = _size;
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, str);
}

拷贝构造

string(const string& str)
{
	_str = new char[str._capacity + 1];
	strcpy(_str, str.c_str());
	_size = str._size;
	_capacity = str._capacity;
}

赋值重载

string& operator=(const string& str)
{
	if (this != &str)
	{
		delete[] _str;
		_str = new char[str._capacity + 1];
		strcpy(_str, str._str);
		_size = str._size;
		_capacity = str._capacity;
	}
	return *this;
}

析构

~string()
{
	delete[] _str;
	_str = nullptr;
	_size = 0;
	_capacity = 0;
}

注意这里的深浅拷贝问题：

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。

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。

拷贝构造，赋值重载现代写法

交换函数

void swap(string& s)
{
	std::swap(_str, s._str);
	std::swap(_size, s._size);
	std::swap(_capacity, s._capacity);
}

拷贝构造

string(const string& s)
{
	string tmp(s.c_str());
	swap(tmp);
}

赋值重载

string& operator=(string s)
{
	swap(s);
	return *this;
}

2. 迭代器

//重命名->迭代器
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
iterator begin()
{
	return _str;
}
iterator end()
{
	return _str + _size;
}
const_iterator begin() const
{
	return _str;
}
const_iterator end() const
{
	return _str + _size;
}

3. 空间的操作

//扩容
void reserve(size_t n);

void string::reserve(size_t n)
{
	if (n > _capacity)
	{
		char* tmp = new char[n + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
		_capacity = n;
	}
}

const char* c_str() const
{
	return _str;
}

size_t size() const
{
	return _size;
}

size_t capacity() const
{
	return _capacity;
}

void clear()
{
	_str[0] = '\0';
	_size = 0;
}

4. 插入与删除

void push_back(const char ch);
void append(const char* str);

void insert(size_t pos, const char ch);
void insert(size_t pos, const char* str);

void erase(size_t pos, size_t len = npos);

void string::push_back(const char ch)
{
	if (_size == _capacity)
	{
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
	}
	_str[_size++] = ch;
	_str[_size] = '\0';
}

void string::append(const char* str)
{
	size_t len = strlen(str);
	if (len + _size > _capacity)
	{
		reserve(len + _size > 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);
	}
	strcpy(_str + _size, str);
	_size += len;
}

void string::insert(size_t pos, const char ch)
{
	assert(pos <= _size);
	if (_size == _capacity)
	{
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
	}
	//int end = _size;
	/*while (end >= (int)pos)
	{
		_str[end + 1] = _str[end];
		end--;
	}*/
	size_t end = _size + 1;
	while (end > pos)
	{
		_str[end] = _str[end - 1];
		end--;
	}
	_str[pos] = ch;
	_size++;
}

void string::insert(size_t pos, const char* str)
{
	assert(pos <= _size);
	size_t len = strlen(str);
	if (len + _size > _capacity)
	{
		reserve(len + _size > 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);
	}
	size_t end = _size + len;
	//while(end >= pos + len)
	while(end > pos + len - 1)
	{
		_str[end] = _str[end - len];
		end--;
	}
	for (size_t i = 0; i < len; i++)
	{
		_str[pos + i] = str[i];
	}
	_size += len;
}

void string::erase(size_t pos, size_t len)
{
	assert(pos < _size);
	if (len >= _size - pos)
	{
		_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	else
	{
		for (size_t i = pos + len; i <= _size; i++)
		{
			_str[i - len] = _str[i];
		}
		_size -= len;
	}
}

5. substr

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);

string string::substr(size_t pos, size_t len)
{
	assert(pos < _size);
	if (len > _size - pos)
	{
		len = _size - pos;
	}
	string ptr;
	ptr.reserve(len);
	for (size_t i = 0; i < len; i++)
	{
		ptr += _str[pos + i];
	}
	return ptr;
}

6.find

size_t find(char ch,size_t pos = 0);
size_t find(const char* str,size_t pos = 0);

size_t string::find(char ch, size_t pos)
{
	assert(pos < _size);
	for (size_t i = pos; i < _size; i++)
	{
		if (_str[i] == ch)
		{
			return i;
		}
	}
	return npos;
}

size_t string::find(const char* str, size_t pos)
{
	assert(pos < _size);
	const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
	if (ptr == nullptr)
	{
		return npos;
	}
	else
	{
		return ptr - _str;
	}
}

7. operator之类的

operator[]

char& operator[](size_t pos)
{
	assert(pos < _size);
	return _str[pos];
}

const char& operator[](size_t pos) const
{
	assert(pos < _size);
	return _str[pos];
}

operator +=

string& operator+=(const char ch);
string& operator+=(const char* str);

string& string::operator+=(const char ch)
{
	push_back(ch);
	return *this;
}
string& string::operator+=(const char* str)
{
	append(str);
	return *this;
}

operator >,>=, <, <=,==, !=

bool operator<(const string& s1, const string& s2);
bool operator<=(const string& s1, const string& s2);
bool operator>(const string& s1, const string& s2);
bool operator>=(const string& s1, const string& s2);
bool operator==(const string& s1, const string& s2);
bool operator!=(const string& s1, const string& s2);

bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{
	return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
}
bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{
	return s1 < s2 || s1== s2;
}
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
	return !(s1 <= s2);
}
bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{
	return !(s1 < s2);
}
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{
	return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
}
bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{
	return !(s1 == s2);
}

operator >>

istream& operator>>(istream& in, string& str)
{
	str.clear();
	const int N = 256;
	char buff[N];
	int i = 0;
	char ch;
	ch = in.get();
	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	{
		buff[i++] = ch;
		if (i == N - 1)
		{
			buff[i] = '\0';
			str += buff;
			i = 0;
		}
		ch = in.get();
	}
	if (i > 0)
	{
		buff[i] = '\0';
		str += buff;

	}
	return in;
}

operator <<

ostream& operator<<(ostream& out, const string& str)
{
	for (auto ch : str)
	{
		out << ch;
	}
	return out;
}

三、源代码

string.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

namespace mihayou
{
	class string
	{
	public:

		//重命名->迭代器
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}
		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}
		//string()
		//{
		//	//_str = nullptr;//error
		//	_str = new char[1] {'\0'};
		//	_size = 0;
		//	_capacity = 0;
		//}

		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

		string(const string& str)
		{
			_str = new char[str._capacity + 1];
			strcpy(_str, str.c_str());
			_size = str._size;
			_capacity = str._capacity;
		}

		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = 0;
			_capacity = 0;
		}

		//扩容
		void reserve(size_t n);

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}

		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		const char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		string& operator=(const string& str)
		{
			if (this != &str)
			{
				delete[] _str;
				_str = new char[str._capacity + 1];
				strcpy(_str, str._str);
				_size = str._size;
				_capacity = str._capacity;
			}
			return *this;
		}

		string& operator+=(const char ch);
		string& operator+=(const char* str);

		void push_back(const char ch);
		void append(const char* str);

		void insert(size_t pos, const char ch);
		void insert(size_t pos, const char* str);

		void erase(size_t pos, size_t len = npos);

		size_t find(char ch,size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str,size_t pos = 0);

		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);

		

	private:
		char* _str;//字符串
		size_t _size;//字符串的大小
		size_t _capacity;//现在的容量
		//static const size_t npos = -1;
		static const size_t npos;//一个常量
	};

	bool operator<(const string& s1, const string& s2);
	bool operator<=(const string& s1, const string& s2);
	bool operator>(const string& s1, const string& s2);
	bool operator>=(const string& s1, const string& s2);
	bool operator==(const string& s1, const string& s2);
	bool operator!=(const string& s1, const string& s2);

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& str);
	istream& operator>>(istream& in, string& str);

	void test01();
	void test02();
	void test03();
	void test04();
	void test05();
	void test06();
}

string.cpp

#include "string.h"

namespace mihayou
{
	const size_t string::npos = -1;

	void string::reserve(size_t n)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			char* tmp = new char[n + 1];
			strcpy(tmp, _str);
			delete[] _str;
			_str = tmp;
			_capacity = n;
		}
	}

	void string::push_back(const char ch)
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
		}
		_str[_size++] = ch;
		_str[_size] = '\0';
	}

	string& string::operator+=(const char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}
	string& string::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}

	void string::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (len + _size > _capacity)
		{
			reserve(len + _size > 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);
		}
		strcpy(_str + _size, str);
		_size += len;
	}

	void string::insert(size_t pos, const char ch)
	{
		assert(pos <= _size);
		if (_size == _capacity)
		{
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
		}
		//int end = _size;
		/*while (end >= (int)pos)
		{
			_str[end + 1] = _str[end];
			end--;
		}*/
		size_t end = _size + 1;
		while (end > pos)
		{
			_str[end] = _str[end - 1];
			end--;
		}
		_str[pos] = ch;
		_size++;
	}

	void string::insert(size_t pos, const char* str)
	{
		assert(pos <= _size);
		size_t len = strlen(str);
		if (len + _size > _capacity)
		{
			reserve(len + _size > 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity);
		}
		size_t end = _size + len;
		//while(end >= pos + len)
		while(end > pos + len - 1)
		{
			_str[end] = _str[end - len];
			end--;
		}
		for (size_t i = 0; i < len; i++)
		{
			_str[pos + i] = str[i];
		}
		_size += len;
	}
	
	void string::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);
		if (len >= _size - pos)
		{
			_str[pos] = '\0';
			_size = pos;
		}
		else
		{
			for (size_t i = pos + len; i <= _size; i++)
			{
				_str[i - len] = _str[i];
			}
			_size -= len;
		}
	}

	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		for (size_t i = pos; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}
		return npos;
	}

	size_t string::find(const char* str, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
		if (ptr == nullptr)
		{
			return npos;
		}
		else
		{
			return ptr - _str;
		}
	}

	string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);
		if (len > _size - pos)
		{
			len = _size - pos;
		}
		string ptr;
		ptr.reserve(len);
		for (size_t i = 0; i < len; i++)
		{
			ptr += _str[pos + i];
		}
		return ptr;
	}

	bool operator<(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
	}
	bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return s1 < s2 || s1== s2;
	}
	bool operator>(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 <= s2);
	}
	bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 < s2);
	}
	bool operator==(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
	}
	bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 == s2);
	}

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& str)
	{
		for (auto ch : str)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}

	istream& operator>>(istream& in, string& str)
	{
		str.clear();
		const int N = 256;
		char buff[N];
		int i = 0;
		char ch;
		ch = in.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == N - 1)
			{
				buff[i] = '\0';
				str += buff;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			str += buff;

		}
		return in;
	}
}

test.cpp

#include "string.h"

namespace mihayou
{
	void test01()
	{
		string s1 = "hello world";
		cout << s1.c_str() << endl;
		string s2;
		cout << s2.c_str() << endl;

		cout << s1[1] << endl;
		s2 = s1;
		cout << s2.c_str() << endl;

		string s3 = "123456789aaaaab";
		s3.push_back('k');
		cout << s3.c_str() << endl;

		for (auto e : s3)
		{
			cout << e;
		}
		cout << endl;
		string::iterator it = s3.begin();
		while (it != s3.end())
		{
			cout << *it;
			it++;
		}
		cout << endl;
	}

	void test02()
	{
		string s1 = "hello world";
		s1 += 'k';
		cout << s1.c_str() << endl;

		for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
		{
			s1[i] += 2;
		}
		cout << s1.c_str() << endl;

		string s2 = "hello world";
		s2.append(" mi ha youp1111111111111");
		s2 += " mi ha youp1111111111111";
		cout << s2.c_str() << endl;

		string s3 = "hello world";
		s3.insert(s3.size(), 'k');
		s3.insert(5, 'k');
		s3.insert(0, 'k');
		cout << s3.c_str() << endl;

		string s4 = "hello world";
		s4.insert(s4.size(), "hhh");
		cout << s4.c_str() << endl;

		s4.insert(0, "hhhaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa");
		cout << s4.c_str() << endl;

		s4.insert(5, "hhh");
		cout << s4.c_str() << endl;
	}

	void test03()
	{
		string s1 = "hello world";
		s1.erase(6);
		cout << s1.c_str() << endl;

		string s2 = "hello world";
		s2.erase(6, 1000);
		cout << s2.c_str() << endl;

		string s3 = "hello world";
		s3.erase(6, 3);
		cout << s3.c_str() << endl;

		string s4 = "hello world";
		cout << s4.find('w',2) << endl;

		string s5 = "hello world";
		cout << s5.find("llo",1) << endl;
	}

	void test04()
	{
		string s1 = "hello world";
		size_t pos = s1.find("ll");
		string s2 = s1.substr(pos,5);
		cout << s2.c_str() << endl;
		
		string k(s1);
		cout << k.c_str() << endl;

		string s3 = s1;
		cout << s3.c_str() << endl;

		s3 = s3;
		cout << s3.c_str() << endl;
	}

	void test05()
	{
		string s1 = "hello world";
		string s2 = "hello world";
		cout << (s1 < s2) << endl;
		cout << (s1 <= s2) << endl;
		cout << (s1 > s2) << endl;
		cout << (s1 >= s2) << endl;
		cout << (s1 == s2) << endl;
		cout << (s1 != s2) << endl;

		cout << ("hello world" == s1) << endl;

	}

	void test06()
	{
		string s1 = "hello world";
		cin >> s1;
		cout << s1 << endl;
	}
}

int main()
{
	mihayou::test01();
	//mihayou::test02();
	//mihayou::test03();
	//mihayou::test04();
	//mihayou::test05();
	//mihayou::test06();
	return 0;
}