C++中String的语法及常用接口用法

在C语言中，string是一个标准库类（class），用于处理字符串，它提供了一种更高级、更便捷的字符串操作方式，string 类提供了一系列成员函数和重载运算符，以便于对字符串进行操作和处理。

一、string类

在学习 string 前，我们不妨先来了解一下 string 类到底是什么，有什么用呢？我们先来了解一下基本的概念吧

C++标准库都是英语解释。我们也应该试着去适应，不懂的可以查阅。当然，在这里我就直接给出翻译，主要是以下内容：

字符串是表示字符序列的类；

• 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。

• 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)。

• 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(根于更多的模板信息请参考basic_string)。

• 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。

二、string的常用见用法

2.1 string对象的构造

2.1.1 string对象的构造的使用方法

最为常用的无非就是我们用串string来构造一个对象，也就是存储一个字符，常用的方法有如下几点：

• string()——构造空的 string 类对象，即空字符串；

• string(const char* s)——用 char* 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。

下面是使用方法所对应的实例，帮助更好的理解其用法。

三、string常用结构的底层实现

3.1 初建结构

我们通过上述的构造，不难发现也不难理解string的底层其实就是一个字符指针，该指针指向一个数组。当然，我们还需要两个变量来维护其有效长度(_size)和数组容量(_capacity)。

其次，我们自己实现的string类为了区分std命名空间，我们可自己设置一个命名空间。处型的模拟实现如下：

namespace gtm
{
	class string
	{
     public:
        //string()
		//	:_str(new char[1])
		//	, _size(0)
		//	,_capacity(0)
		//{
		//}
		//string(const char* str)
		//	:_str(new char[strlen(str) + 1])  //三次strlen函数，效率低。
		//	,_size(strlen(str))
		//	,_capacity(strlen(str))
		//{
		//	strcpy(_str, str);
		//}
		// 不再使用strlen函数，初始化列表与变量声明顺序固定
		string(const char* str = "") //默认空串。注意：空串是以 \0 结尾
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_size + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
        ~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}
     private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};

3.2 返回大小和容量

这两个部分，是比较容易实现的两部分。同时也是较为常用的两部分。具体如下：

size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}

3.3 拷贝构造和赋值重载

这两部分较为复杂的两部分。其中均需要深拷贝去实现完成，而浅拷贝是不可以的。注意：拷贝构造使用一个已定义变量去初始化另一个变量，赋值重载是两个已定义变量进行赋值。

具体实现如下：

//深拷贝
		//string(const string& s)
		//	:_str(new char[s._capacity+1])
		//	,_size(s._size)
		//	,_capacity(s._capacity)
		//{
		//	strcpy(_str, s._str);
		//}
		void swap(string& tmp)
		{
			//调用全局的swap
			::swap(_str, tmp._str);
			::swap(_size, tmp._size);
			::swap(_capacity, tmp._capacity);
		}
		//借助变量tmp
		string(const string& s)
			:_str(nullptr) 
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
		//赋值
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	if(this == &s)
		//	{
		//		return *this;
		//	}
		//	//先开空间拷贝数据，以防new失败销毁原来的空间
		//	char* tmp = new char[s._capacity + 1];
		//	strcpy(tmp, s._str);
		//	delete[] _str;
		//	_str = tmp;
		//	_size = s._size;
		//	_capacity = s._capacity;
		//	return *this;
		//	//delete[] _str;
		//	//_str = new char[s._capacity + 1];
		//	//strcpy(_str, s._str);
		//	//_size = s._size;
		//	//_capacity = s._capacity;
		//	return *this;
		//}
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	if(this == &s)
		//	{
		//		return *this;
		//	}
		//	string tmp(s._str);
		//	swap(tmp);
		//  return *this;
		//}
		string& operator=(string s)
		{
			if (this == &s)
			{
				return *this;
			}
			swap(s);
			return *this;
		}

上述的辅助重载我们巧妙地借助了临时变量s。当赋值完成后，出了作用域s会自动调用戏后进行销毁，这里是需要反复理解的。

3.4 扩容（reserve）

我们可简单的理解reserve为扩容（扩容的前提为要求的容量比原来的大），但是我们要记得把字符数组中原有的内容拷贝过来，并且释放之前所动态开辟的空间。 具体实现如下：

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

3.5 插入（push_back、append、operator+=、insert）

插入的实现，主要的点就是是否要进行扩容。其次，当我们实现push_back和append后，其他的均可复用这两个结构进行实现。具体实现如下：

        void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			_str[_size] = ch;
			_size++;
			_str[_size] = '\0';
		}
		void append(const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (len + _size > _capacity)
			{
				reserve(len + _size >= _capacity * 2 ? len + _size : _capacity * 2);
			}
			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;
		}
		void append(const string& s)
		{
			append(s._str);
		}
		void append(int n, char ch)
		{
			reserve(_size + n);
			for (int i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(ch);
			}
		}
		string& operator+= (char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
		string& operator+= (const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}
		string& insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			//注意，当运算数一个是有符号，另一个是无符号时，有符号的运算数会强制类型转换为无符号数。pos等于0的位置插入，end--后为超大数据，会出错。
			//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++;
			return *this;
		}
		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			assert(pos <= _size);
			size_t len = strlen(str);
			if (len + _size > _capacity)
			{
				reserve(len + _size >= _capacity * 2 ? len + _size : _capacity * 2);
			}
			size_t end = _size + len;
			while (end >= pos+len)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				end--;
			}
			for (int i = pos,j=0; j < len;j++, i++)
			{
				_str[i] = str[j];
			}
			_size += len;
			return *this;
		}

string 在C++中算是比较重要的了，也是入门时必须所学的容器。在平常中使用的频率较高，所以我们不仅要掌握其简单的用法，更应该去了解其底层的实现。这有助于我们后续的使用和理解。本篇文章列举出了string中常用的语法和接口底层的底层实现，这些都是我们应该熟练掌握的内容。