1.STL简介
(1)什么是STL
STL(standard template libaray-标准模板库):是C++标准库的重要组成部分,不仅是一个可复用的组件库,而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。
可以理解为就是一个类似stdio.h的库,包含了这个库,里面的语法或者函数可以直接使用。
(2)STL的版本
最原始的版本是由Alexander Stepanov和Meng Lee开发的,并且他们要求对其进行开源处理。之后又经历了PJ.版本,RW版本,SGI版本等,目前SGI版本最应用最广泛的版本,我们后面学习STL要阅读部分源代码,主要参考这一版本。
总结一下目前开源与闭源的操作系统或者软件:
开源:STL,linux,git,Vue
闭源:IOS,Windows
(3)如何学习STL
第一境界:熟练使用STL。
第二境界:了解STL的源代码,即了解底层。
第三境界:会自己扩充STL库。
废话不多说,正式进入主题:
(4)STL的六大组件
STL有六大组成部分,我们会来逐一学习:
首先我们来学习容器中的string类。
2.string类的基本概念
(1)含义
string类,顾名思义是进行字符串操作的一个类,操作方式即使用其中的成员函数来进行操作。
(2)使用方法
#include<string>
using namespace std;
string也是在类域std中的,我们在练习时也可以将类域std打开。
(3)原理
通过查阅文献,我们发现string类原来是typedef出来的,是对basic_string这一模板传入char类型时起的别名。这一模板的定义方式大概是这样的:
template<class T>
class basic_string
{
private:
T* _str;
//....
}
有人会问为什么要使用模板呢?字符串类型除了char还有别的嘛?
其实字符类型除了char之外还有别的类型,比如wchar_t就占两个字节。我们存储汉字一般会使用两个字节来进行存储。所以对于两字节存储的字符再使用basic_string传入wchar_t起别名的话就方便的多了。
注意:string类中传入的是char,上面只作了解即可。
3.string类中常见构造函数
构造函数即用于初始化。
1.string()
:构造空的string类对象str,即空字符串。
2.string (const char* s)
:向对象中传入字符串来构造string对象。
3.string(size_t n,char c)
:string类对象中包含n个字符c。
4.string(const string&s)
:拷贝构造函数。
string s1;//空字符串s1。
string s2("hello world");//向s2中传入hello world。
string s3(s2, 2, 6);//向s3中传入s2中从第二个开始(不包括第二个)后六个字符。当最后不加数值时(即不加6),则会取后面的全部字符。
string s4(s2);//用s2对s4进行初始化。
cout << s1 << endl;//重载运算符,可以直接打印s1对象的字符串内容。
cout << s2 << endl;
cout << s3 << endl;
cout << s4 << endl;
4.string类中析构函数
自动调用,不用管。
5.string类对象的容量操作
1.size
:返回有效字符长度。
2.length
:返回字符串的有效字符长度。是一个历史残留问题。
3.capacity
:返回空间总大小。
4.empty
:检测字符串是否为空,是返回true,不是返回false
5.clear
:清空有效字符。
6.reserve
:为字符串预留空间。
7.resize
:将有效字符改成n个,多出的用字符C填充。
(1)显示容量
string s1("hello world");
cout << s1.size() << endl;//输出字符串大小,不包括'\0'
cout << s1.length() << endl;//输出字符串大小,不包括'\0'
cout << s1.capacity() << endl;//输出空间总大小
s1.clear();//清空有效字符串
cout << s1 << endl;
(2)扩容
扩容一般使用两种函数,reserve与resize。reserve主要为开空间,而resize在开空间的同时还会进行初始化。
string s1("hello world");
cout << s1.capacity() << endl;
s1.reserve(100);
cout << s1.capacity() << endl;
打印的结果是:
通过打印我们发现,reserve扩展的空间是在原有字符串大小基础上扩展的,而不是在原有容量的基础上。
string s1("hello world");
s1.resize(100,'x');
我们可以通过调试来观察这段代码的效果:
我们发现hello world并没有被覆盖,最大空间变成了111和reserve一样。但是,x只有89个,一共增加了100-11个x,但是在hello world后面增加了100个空间。
如果我们开辟的空间小于字符串本身呢?s1.resize(5)表示的是只保留前五个字符大小。
6.string类中operator[]重载
(1)举例
我们可以使用s1[i]来进行字符的读或者写的操作。
string s1("hello world");
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
cout << s1[i] << " ";//s1[i]进行读操作
s1[i] += 1;
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
cout << s1[i] << " ";//s1[i]进行写操作
}
(2)底层实现
char& operator[](size_t pos)
{
return _str[pos];//返回pos位置所在的字符
}
注意,这里使用引用返回不是为了减少拷贝,这里是为了修改返回对象。
at也是和operator[]一样,但是检测越界的方法不同,operator[]使用断言,at直接抛异常。
7.string类与迭代器
(1)举例
在刚开始使用迭代器时,我们可以把它想象成一个指针类型。
string s1("hello world");
string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
其中it就是一个迭代器类型的变量,由于函数iterator在类内,因此在使用时需要首先指明类域。
我们仍然使用解引用操作符来进行类似解引用的操作。我们同样也可以通过*来对字符串的内容进行修改,对这段代码打印的结果是:
(2)反向迭代器
反向迭代器使用函数reverse_iterator
string s1("hello world");
string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
while (rit != s1.rend())
{
cout << *rit;
++rit;
}
打印的结果是刚好反过来的:
注意:我们定义反向迭代器rit之后,在进行遍历时虽然是从后向前遍历,但是仍需要对rit进行++操作。
(3)使用迭代的意义
迭代的意义主要体现在和[]进行对比,有人可能认为既然可以用下标直接引用,为什么还要使用迭代器呢?
这是因为对于string来说,下标和[]就足够好用,可以不使用迭代器,但是对于其他容器,比如list map/set等不支持下标加[]遍历,比如对于链表来说,由于物理内存不连续所以不能使用下标来进行遍历。
除了普通迭代器之外,还有const修饰的迭代器等等。后面会详细说明的。
(4)补充:语法糖实现遍历
除了使用迭代器遍历之外,我们还可以使用语法糖来进行遍历操作:
string s1("hello world");
for (auto& e : s1)
{
cout << e << " ";
}
范围for会把s1中的每一个字符取出来赋值给e(使用引用则为它本身),自动往后迭代,自动判断结束。
8.string类对象的增删操作
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+nops
:从字符串pos位置开始往后找字符c,返回该字符再字符串中的位置。
rfind
:从字符串中pos位置开始往前找字符c,返回该字符再字符串中的位置。
substr
:在str中从pos位置开始,截取n个字符,然后将其返回。
(1)增删
string s1("hello world");
s1.push_back('a');//在末尾插入字符a
cout << s1 << endl;
s1.append("bcd");//在末尾插入字符串bcd
cout << s1 << endl;
s1 += 'e';//在末尾插入字符e
cout << s1 << endl;
s1 += "hello linux";//在末尾插入字符串hello linux
cout << s1 << endl;
注意:推荐直接使用操作符重载进行增删操作。
(2)查与匹配
下面是一段字符串截取的代码,截取后缀.txt:
string file("test.txt");
size_t pos = file.find('.');//返回第一次匹配'.'的位置
if (pos != string::npos)
{
string suffix = file.substr(pos, file.size() - pos);//将.之后的内容赋值给suffix
cout << suffix << endl;
}
find会返回第一次出现匹配的位置,如果匹配失败会返回nops(无符号-1,表示一个极大的数)。
substr是字符串截取函数,意思是截取pos位置与file.size()-pos位置的字符串。
同上,我们也可以使用rfind进行倒着查找。
这里再举一个截取网址的例子:
我们都知道网址分为三部分:协议,域名与网络路径。下面使用find与substr来进行截取操作。
string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
size_t pos1 = url.find(':');
string protocol = url.substr(0, pos1 - 0);
cout << protocol << endl;
size_t pos2 = url.find('/', pos1 + 3);//从pos+3的位置开始找
string domain = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
cout << domain << endl;
string uri = url.substr(pos2 + 1);//没指定结尾位置,默认为整个后面内容
cout << uri << endl;
打印的结果为:
9.string类中自定义插入与删除(效率低,不建议使用)
使用insert与erase两函数进行操作:
string s("hello world");
s.insert(0, 1, 'x');//在0位置插入一个1
s.insert(s.begin(), 'y');//在头处插入一个y
s.insert(0, "test");//在头处插入test
s.insert(4, "&&");//在第四个位置插入特殊符号
s.erase(0, 1);//删除头处第一个字符
s.erase(s.size() - 1, 1);//尾删一个字符
cout << s << endl;
打印的结果为:
在使用erase时,如果不给值的话,会继续删完。
尽量少使用头部和中间的删除,因为要挪动数据,效率较低。
10.string类字符串的比较
和C语言中strcmp一样,string类也有对字符串的比较,不过是通过运算符重载。
string s1("hello world");
string s2("string");
cout << (s1 < s2) << endl;
cout << ("hhh" > s2) << endl;
注意我们可以使用两种方式来说进行字符串比较,一种是s1<s2,另一种是直接进行比较。
与strcmp原理一样,会从两个字符串起始位置开始比较,如果为真则返回1,如果为假返回0。
11.string类字符串的转换
我们使用stoi(string to int)来将字符串转为整型,使用to_string来将其他类型转换为字符串。
int val = stoi("1234");
string str = to_string(3.14);
我们可以通过调试来观察转换是否成功:
可见,转换很成功。
12.总结
string类是表示字符串的字符串类,在使用string类时必须包含头文件,并开放std空间,在OJ中有关字符串的题目基本以string类的形式出现,而且在常规工作中,为了简单、方便、快捷,基本都会使用string类,很少有人去使用C库中的字符串操作函数。
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