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1. 为什么学习string类#xff1f;
1.1 C语言中的字符串
2. 标准库中的string类
2.1 string类
2.2 string类的常用接口说明
1. string类对象的常见构造
2. string类对象的操作
3.vs和g下string结构的说明
3. string类的模拟实现 3.2 浅拷贝
3.3 深拷贝
3.4 写…目录
1. 为什么学习string类
1.1 C语言中的字符串
2. 标准库中的string类
2.1 string类
2.2 string类的常用接口说明
1. string类对象的常见构造
2. string类对象的操作
3.vs和g下string结构的说明
3. string类的模拟实现 3.2 浅拷贝
3.3 深拷贝
3.4 写时拷贝
3.5 string类的模拟实现 1. 为什么学习string类
1.1 C语言中的字符串 C 语言中字符串是以 \0 结尾的一些字符的集合为了操作方便 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稍不留神可 能还会越界访问。 2. 标准库中的string类 2.1 string类 https://cplusplus.com/reference/string/string/?kwstring 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(根于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_stringchar, char_traits, allocator string; 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; 2.2 string类的常用接口说明 1. string类对象的常见构造 void Teststring()
{string s1; // 构造空的string类对象s1string s2(hello bit); // 用C格式字符串构造string类对象s2string s3(s2); // 拷贝构造s3
} 2. string类对象的操作 PS: 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_arg0)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.vs和g下string结构的说明 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 onevalue_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1644428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;
}; 3. string类的模拟实现 PS: string类在自己实现的时候一定要注意浅拷贝问题 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。 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 。 3.3 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 3.4 写时拷贝 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。 https://coolshell.cn/articles/12199.html https://coolshell.cn/articles/1443.html 3.5 string类的模拟实现 //string.h
#pragma once
#includeiostream
#includeassert.h
using namespace std;
namespace mystr {class string{public://迭代器, 因为字符串底层内存连续, 所以可以简单的定义成指针typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;//配合范围for循环iterator begin() { return _str; }iterator end() { return _str _size; }//兼容常量字符串const_iterator begin() const { return _str; }const_iterator end() const { return _str _size; }//string();string(const char* str );string(const string s);string operator(string temp) { swap(temp); return *this; }~string() { delete[] _str; _str nullptr; _size _capacity 0; }//返回C语言字符数组const char* c_str() const { return _str; }size_t size() const { return _size; }char operator[](size_t pos) { assert(pos _size); return _str[pos]; }const char operator[](size_t pos) const{ assert(pos _size); return _str[pos]; }//重置大小void reserve(size_t n);void push_back(char ch) { insert(_size, ch); }void append(const char* str) { insert(_size, str); }string operator(char ch) { insert(_size, ch); return *this; }string operator(const char* str) { insert(_size, str); return *this; };void insert(size_t pos, char ch);void insert(size_t pos, const char* str);void erase(size_t pos 0, size_t len npos);size_t find(char ch, size_t pos 0) {for (size_t i pos; i _size; i) if (_str[i] ch) return i;return npos;}size_t find(const char* str, size_t pos 0) { return strstr(_str pos, str) - _str; }void swap(string s);string substr(size_t pos 0, size_t len npos);bool operator(const string s) const { return strcmp(_str, s._str) 0; }bool operator(const string s) const { return !(*this s); }bool operator(const string s) const { return !(*this s); }bool operator(const string s) const { return !(*this s); }bool operator(const string s) const {return strcmp(_str, s._str) 0; }bool operator!(const string s) const { return !(*this s); }void clear() { _str[0] \0; _size 0; }private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;//一般static变量的定义要放在类外, 整型是特例const static size_t npos -1;};void swap(string s1, string s2);istream operator(istream ci, string s);ostream operator(ostream co, string s);
} //string.cpp
#include string.h
namespace mystr {string::string(const char* str):_size(strlen(str)) {_str new char[_size 1];_capacity _size;strcpy(_str, str);}string::string(const string s) {string temp(s._str);swap(temp);}void string::reserve(size_t n) {if (_capacity n) {char* temp new char[n 1];strcpy(temp, _str);delete[] _str;_str temp;_capacity n;}}void string::insert(size_t pos, char ch) {assert(pos _size);if (_size _capacity) {size_t newcapacity _capacity 0 ? 4 : 2 * _capacity;reserve(newcapacity);}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 (_size len _capacity) reserve(_size len);size_t end _size len;while (end pos len - 1) _str[end] _str[end - len], --end;memcpy(_str pos, str, len);_size len;}void string::erase(size_t pos, size_t len) {if (len _size - pos) _str[pos] \0, _size pos;else strcpy(_str pos, _str pos len), _size - len;}void string::swap(string s) {char* temp _str;_str s._str;s._str temp;std::swap(_size, s._size);}string string::substr(size_t pos, size_t len) {if (len _size - pos) { string sub(_str pos); return sub; }else {string sub;sub.reserve(len);for (size_t i pos; i pos len; i) sub _str[i];return sub;}}void swap(string s1, string s2){ s1.swap(s2); }istream operator(istream ci, string s) {s.clear();char ch ci.get();while (ch ! ch ! \n) s ch, ch ci.get();return ci;}ostream operator(ostream co, string s) {for (size_t i 0; i s.size(); i) co s[i];return co;}
} //test.cpp
#include string.h
namespace mystr {void test1() {string s1 1111;string s2 s1;cout s1.c_str() endl s2.c_str() endl;cout s1.size() endl;}void test2() {string s1 111;string s2 222222;s1 s2;cout s1.c_str() endl;}void test3() {string s1 111222333;for (auto i : s1) i 3;cout s1.c_str() endl;const string s2 111222333;for (auto i : s2) cout i;cout endl;for (size_t i 0; i s1.size(); i) cout (s1[i] 2);cout endl;}void test4() {string s1 sadfsf;s1.insert(2, -);cout s1.c_str() endl;s1.insert(0, -);cout s1.c_str() endl;s1.insert(2, 11111);cout s1.c_str() endl;s1.insert(0, 222222);cout s1.c_str() endl;}void test5() {string s1 asgfidsgf;s1.push_back(-);cout s1.c_str() endl;s1.append();cout s1.c_str() endl;s1 w;cout s1.c_str() endl;s1 0000;cout s1.c_str() endl;s1.erase(10);cout s1.c_str() endl;s1.erase(7, 100);cout s1.c_str() endl;s1.erase(3, 2);cout s1.c_str() endl;s1.erase(0);cout s1.c_str() endl;}void test6() {string s1 ksjfghks;cout s1.find(h, 2) endl;cout s1.find(ghk, 2) endl;cout s1.find(ghksgs, 2) endl;}void test7(){string s1 sggsdsdf;string s2 sdgfrgdb;cout s1.c_str() endl;cout s2.c_str() endl;swap(s1, s2);cout s1.c_str() endl;cout s2.c_str() endl;s1.swap(s2);cout s1.c_str() endl;cout s2.c_str() endl;string s3 s1.substr(2, 5);cout s3.c_str() endl;}void test8() {string s1, s2;cin s1 s2;cout s1 endl s2 endl;}
}
int main() {mystr::test8();return 0;
}
