C++心决之stl中那些你不知道的秘密(string篇)

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

2. 标准库中的string类

2.1 string类

https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string

• 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_string
  • 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s1
     string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
     string 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_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。

      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：
      1. 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
      2. 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 one
       value_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16+4+4+4=28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：
      1. 空间总大小
      2. 字符串有效长度
      3. 引用计数
      4. 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
      #include
      #include
      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 >(istream& ci, string& s);
      	ostream& operator _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 >(istream& ci, string& s) {
      		s.clear();
      		char ch = ci.get();
      		while (ch != ' ' && ch != '\n') s += ch, ch = ci.get();
      		return ci;
      	}
      	ostream& operator