C++之string类

zzzyyy538

862人浏览 · 2025-11-06 11:45:21

zzzyyy538 · 2025-11-06 11:45:21 发布

欢迎来到Deven的代码之路！

本篇文章讲解C++的STL中的string容器，有些地方可能有些欠缺和不足，希望大家理解，因为本人还是个大二的学生，是一名C++方向的初学者，而且大家看我以前的文章，有点儿太单调了，所以以后我会在文章里面多做点花样。（Deven这个名字是小学时一个美国的老师帮我取的，我很喜欢，所以以后把他当作我的笔名）。

6. vs和g++下string结构的说明

1.为什么学习string类？

c语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，而且可能造成越界访问。（大一刚开始做一些OJ题，C语言中的字符串是令我最头疼的！）

2.标准库的string类

2.1 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;

2.2 auto和范围for

auto关键字

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;
    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;
}

#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

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，这个从汇编层也可以看到。

#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] << 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;
}

2.3 string类的常用接口说明

1. string类对象常用接口说明

(constructor)函数名称	功能说明
string()	构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s)	用C-string来构造string类对象
string(size_t n,char c)	string类对象中包含n个字符c
string(const string& s)	拷贝构造函数

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

2. string类对象的容量操作

函数名称	功能说明
size	返回字符串有效字符长度
length	返回字符串有效字符长度
capacity	返回空间总大小
empty	检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false
clear	清空有效字符
reserve	为字符串预留空间
resize	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充

注意：

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()。
clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
resize(size_t n)与resize(size_t n,char c)都是将字符个数改变到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。
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。

3.string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[]	返回pos位置的字符，const string类对象调用
begin+end	begin获取一个字符的迭代器+end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
rbegin+rend	begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

4.string类对象的修改操作

函数名称	功能说明
push_back	在字符串后尾插字符c
append	在字符串后追加一个字符串
operator+=	在字符串后追加字符串str
c_str	返回C格式字符串
find + npos	从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置
rfind	从字符串pos位置开始往前找字符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，然后将其返回

注意：

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。
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。

5. string类非成员函数

函数	功能说明
operator+	尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低
operator>>	输入运算符重载
operator<<	输出运算符重载
getline	获取一行字符串
relational operators	大小比较

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。

（1）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。

（2）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

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

指向堆空间的指针，用来存储字符串

3.string类的模拟问题

3.1 经典的string类问题

大家看下以下string类的实现是否有问题？

class String
{
public:
    /*String()
        :_str(new char[1])
        {*_str='\0';}
    */
    //String(const char* str="\0") 错误示范
    //String(const char* str=nullptr) 错误示范
    String(const char* str="")
    {
       if(nullptr == str)
       {
           assert(false);
           return;
       }

      _str=new char[strlen(str)+1];
      strcpy(_str,str);
    }

    ~String()
    {
        if(_str)
        {
           delete[] _str;
           _str=nullptr;
        }

    }
private:
    char* _str;
}

说明：上述String类没有显示定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

3.2浅拷贝

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。

可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。