关键词：
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s1string s2("i 1ove"); // 用C格式字符串构造string类对象s2string 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/resizevoid 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forfor (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 stringpublic:/*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 stringpublic: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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