C++string类

1.string简介

< string > 是C++中的自带库，这个库中我们使用最多的就是string类。
为什么会有这个string类？因为C语言中，并没有为字符串单独设置一个内置类型，C语言中的字符串是通过字符数组的方式实现的，因此在C++中，专门引入一个string类。
需要注意的是，我们所使用的string类实质上是一个模板类，即由模板basic_string实例化出的类再加以重命名后得到的:

下图是我们简单模拟实现的string类中的成员变量：

2.string的成员函数

由于一些历史原因，string中的接口设置得相当繁杂，成员函数多，同时一个成员函数又重载为多个函数，所以以下仅介绍string中常用的成员函数。

2.1 构造与析构

string中最常用的构造是通过字符串去初始化以及拷贝构造。 下图是C++11标准下的所有构造函数：

考虑到string类实例化出的对象是会在堆区中申请资源的，因此string类的拷贝构造是通过深拷贝实现的，以下是对string类部分构造的简单实现：

注： 这里拷贝构造涉及到传统写法和现代写法。从本质上讲，无论是传统还是现代写法，都是需要去动态开辟空间，只不过传统写法中，开辟空间是自己实现的；而在现代写法中，开辟空间是通过复用其它函数实现的。 所以，现代写法在呈现上会更加简洁，除此之外，与传统写法差别不大。

对于析构函数，既然申请了资源，那么析构肯定要我们显式实现，释放动态开辟的空间即可：

2.2 访问和修改

2.2.1 string的访问

2.2.1.1 使用下标访问操作符（中括号）

string对象可以像C语言中的数组一样进行访问，这本质上是通过运算符重载实现的。

2.2.1.2 使用迭代器进行访问

迭代器，即iterator,是string中实现的一个内部类，对于string中的Iterator,我们可以理解为是一个指针，而我们模拟实现string类时，也是将iterator简单实现为指针。

、注： 其中迭代器的操作与指针完全相同，但要清楚，iterator本质上不是指针，上述类似的操作是通过运算符重载实现的。

2.2.1.3 使用范围for

范围for是C++中一种极为方便的遍历方式，但范围for的底层实质上是通过迭代器实现的。

2.2.1.4 大小、容量和C-String

string对象的大小即string中实际存储的有效字符个数，string的容量即最多能存储几个有效字符。需要注意的是，string底层是通过类似顺序表的方式实现的，所以动态开辟空间时，会比容量多开一个空间用以存储\0.

C++中的string是兼容C的，因为string中实现了一个成员函数 c_str() 用以返回字符串首元素的地址:

2.2.2 string的修改

2.2.2.1 reserve与resize

string类中实现了reserve和resize两个成员函数。

reserve主要是用于扩容的，但也可以用于缩容，但是否一定缩容，C++标准是没有规定的，不同的平台下reserve的实现方式不同，缩容也就呈现不同的结果。在vs下，reserve是基本不会缩容的，主要用于扩容。

resize适用于改变有效数据个数的，它可以执行删除以及添加的操作。删除不必多说，添加操作分为两步——首先检查容量是否够存储，如果够，则执行下一步操作，如果不够，则进行扩容；然后，将增加的有效数据处用给定字符填充，如未给定，则使用默认字符c（缺省参数）。

2.2.2.2 添加操作

添加操作中使用最多的无疑是重载的+=运算符，其次则是尾插push_back以及指定位置的插入Insert.
考虑到实际对string对象增添操作的复杂性，上述的成员函数均进行了一定程度的重载以满足不同要求，以下是部分重载的简单实现：

2.2.2.3 删除操作

删除操作最常用的是清空操作clear以及指定位置开始删除指定长度的erase.
不过，这些删除操作都是删除有效数据，即改变size的大小，但不改变capacity，即不会释放动态开辟的空间。
erase中会涉及到一个npos.这个是stiring中私有的静态成员变量，类型是无符号整型，大小是无符号整型的最大值。
当调用erase函数时，未指定长度，长度便是npos，此时显然长度过长，在这种情况下，便会将从指定位置（默认是起始位置）开始的数据（包括指定位置）全部删除；而若主动给定的长度过长，也会执行这样的操作。

2.3 简单的迭代器实现

我们此处使用指针来简单模拟实现string类中的迭代器。

既然将迭代器实现为指针，那么begin()和end()简单返回字符串的起始和结束地址即可。注意，这里的结束地址是\0的地址。

2.4 查找功能

查找功能最常见的是两种：查找第一次出现的某个字符以及查找子串。

查找第一次出现的某个字符简单遍历比较即可，而查找子串则方法比较多，我们这里模拟实现仅简单复用库中中的strstr() 进行查找，这个函数使用的是暴力查找法（BF）。

2.5 关系运算符重载

string对象中的比较与C中strcmp比价的原理相同，这些关系运算符的重载也是通过复用strcmp以及相互复用实现的，比较简单，不作赘述，看下图：

2.6 其它非成员函数

string库中还有一些非成员函数，最典型的就是重载在全局的流插入和流提取，以及特殊的用于获取输入字符串的函数getline。

流插入实现较为简单，见下图：

此处，着重讲以下流提取的重载以及getline函数。
输入时，读取并存储最简单的方式就是读一个字符，然后便存储这个字符到string对象中。 但是，这样做会有一个弊端，如果读取字符很多的话，会频繁扩容，损耗较大。因此，我们使用一个buffer数组，先暂时存储这些读取的字符，直到满足相应条件的时候，再把buffer数组中的内容一次性全给到string对象中，这样就可以避免频繁扩容，以减小损耗。

流提取和getline都可以用于读取字符串，它们两个最大的区别在于delimiter的不同，即定界符，或者说分隔符的不同。

流提取默认以空格或者换行符作为不同字符串的分隔，也就是说流提取一旦读到空格或者换行符就结束，不会再继续读取。所以，如果想要读取一个内部带空格的字符串，使用流提取是无法实现的。

而getline,顾名思义，是用来读取一行字符串的。这么说，也不完全正确，准确地说，默认情况下，getline以换行符作为结束标志，一旦读取到换行符便不再读取。 但是，getline函数是可以指定delimiter的，如果你不指定，delimiter就是换行符；你若指定，delimiter便是你指定的字符。