C++STL库

学习方法：使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展。

今天我们开启一个新主题：C++数据结构之STL库，我们将介绍STL库里常用库的用法与实现过程。

常用库

库名称	所需头文件	数据结构
string	#include<string>	串
vector	#include<vector>	动态数组
list	#include<list>	带头双向循环链表
queue	#include<queue>	队列
stack	#include<stack>	栈
deque	#include<deque>	双端队列
priority_queue	#include<queue>	优先队列

string类

string类的介绍

注意：C++的string严格来说是一个类，是一个对象，不是一个类型。

1.字符串是表示字符序列的类；

2.标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。

3.string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。

4.string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数(更多的模板信息请参考basic_string)。

5.注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

总结：

1.string是表示字符串的字符串类

2.该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。

3.string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_stringstring;

4.不能操作多字节或者变长字符的序列。

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

string类对象的常见构造

函数名称	功能说明
string() （重点）	构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s) （重点）	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) （重点）	拷贝构造函数

举例：

#include <iostream> #include <string>  using namespace std;  int main() {     string s1;         // 构造空的string类对象s1     string s2("i 1ove");  // 用C格式字符串构造string类对象s2     string s3(9, 'u');     string s4(s2);   return 0; }

`容量方法`

以下均为类公共成员函数

方法名称	用途
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
max_size	返回字符串支持的最大字符数
resize（重点）	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充
capacity（重点）	返回空间总大小
reserve	请求更改容量，为字符串预留空间
clear（重点）	清除字符串
empty（重点）	测试字符串是否为空
shrink_to_fit	请求字符串减小其容量以适应其大小

重点实例：

// size/clear/resize void Teststring1() {   // 注意：string类对象支持直接用cin和cout进行输入和输出   string s("hello, World!!!");   cout << s.size() << endl;   cout << s.length() << endl;   cout << s.capacity() << endl;   cout << s << endl;   // 将s中的字符串清空，注意清空时只是将size清0，不改变底层空间的大小   s.clear();   cout << s.size() << endl;   cout << s.capacity() << 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   // “aaaaaaaaaa”   s.resize(10, 'a');   cout << s.size() << endl;   cout << s.capacity() << endl;   // 将s中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行填充   // "aaaaaaaaaa\0\0\0\0\0"   // 注意此时s中有效字符个数已经增加到15个   s.resize(15);   cout << s.size() << endl;   cout << s.capacity() << endl;   cout << s << endl;   // 将s中有效字符个数缩小到5个   s.resize(5);   cout << s.size() << endl;   cout << s.capacity() << endl;   cout << s << endl; }  //==================================================================================== void Teststring2() {   string s;   // 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(50);   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 //==================================================================================== void TestPushBack() {   string s;   size_t sz = s.capacity();   cout << "making s grow:\n";   for (int i = 0; i < 100; ++i)   {     s.push_back('c');     if (sz != s.capacity())     {       sz = s.capacity();       cout << "capacity changed: " << sz << '\n';     }   } } void TestPushBackReserve() {   string s;   s.reserve(100);   size_t sz = s.capacity();   cout << "making s grow:\n";   for (int i = 0; i < 100; ++i)   {     s.push_back('c');     if (sz != s.capacity())     {       sz = s.capacity();       cout << "capacity changed: " << sz << '\n';     }   } }

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。

访问及遍历操作

函数名称	功能说明
operator[] （重点）	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

实例代码：

void Teststring(){       string s1("hello World");       const string s2("Hello World");       cout << s1 << " " << s2 << endl;       cout << s1[0] << " " << s2[0] << endl;       s1[0] = 'H';       cout << s1 << endl;       // s2[0] = 'h'; 代码编译失败，因为const类型对象不能修改}void Teststring(){       string s("hello World");       // 3种遍历方式：       // 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以遍历是修改string中的字符，       // 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多       // 1. for+operator[]       for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)       {              cout << s[i] << endl;       }       // 2.迭代器       string::iterator it = s.begin();       while (it != s.end())       {              cout << *it << endl;              ++it;       }       string::reverse_iterator rit = s.rbegin();       while (rit != s.rend())       {              cout << *rit << endl;       }       // 3.范围for       for (auto ch : s)       {              cout << ch << endl;       }}

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+= (重点)	在字符串后追加字符串str
c_str(重点)	返回C格式字符串
find + npos(重点)	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

void Teststring(){       string str;       str.push_back(' '); // 在str后插入空格       str.append("I"); // 在str后追加一个字符"I"       str += 'lov'; // 在str后追加一个字符'1ov'       str += "it"; // 在str后追加一个字符串"it"       cout << str << endl;       cout << str.c_str() << endl; // 以C语言的方式打印字符串       // 获取file的后缀       string file("string.cpp");       size_t pos = file.rfind('.');       string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));       cout << suffix << endl;       // npos是string里面的一个静态成员变量       // static const size_t npos = -1;       // 取出url中的域名       string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");       cout << url << endl;       size_t start = url.find("://");       if (start == string::npos)       {              cout << "invalid url" << endl;              return;       }       start += 3;       size_t finish = url.find('/', start);       string address = url.substr(start, finish - start);       cout << address << endl;       // 删除url的协议前缀       pos = url.find("://");           url.erase(0, pos + 3);       cout << url << 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，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好

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>> （重点）	输入运算符重载
operator<< （重点）	输出运算符重载
getline （重点）	获取一行字符串
relational operators （重点）	大小比较

string类的模拟实现

经典的string类问题

上面已经对string类进行了简单的介绍，只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让模拟实现string类，最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。观察以下代码，判断该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 = "")       {              // 构造string类对象时，如果传递nullptr指针，认为程序非法，此处断言下              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;};// 测试void Teststring(){       string s1("hello bit!!!");              // string不明确       string s2(s1);                                    // string不明确}

上述string类没有显式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，在释放时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。

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。要解决浅拷贝问题，C++中引入了深拷贝。

深拷贝

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。

写时拷贝(了解)

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。

引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。

现代写法的string

本处最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。具体完整的源码欢迎关注微信公众号“01编程小屋”，后台回复“C++String”获取完整源代码哦

class string{public:       string(const char* str = "")       {              if (nullptr == str)                     str = "";              _str = new char[strlen(str) + 1];              strcpy(_str, str);       }           string(const string& s)              : _str(nullptr)       {              string strTmp(s._str);              swap(_str, strTmp._str);       }           string& operator=(string s)       {              swap(_str, s._str);              return *this;       }         ~string()       {              if (_str)              {                     delete[] _str;                     _str = nullptr;              }       }private:       char* _str;};

后续我们还会继续更新C++STL库的用法详解与原理，如果你喜欢我们的文章别忘了关注我们的公众号“01编程小屋”哦！后续我们都会在上面更新最新的文章，关注小屋，学习编程不迷路。你的支持就是我们坚持做下去的动力！

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