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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